DE102007024489B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (50) zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Lenkung ein Stellglied (2) umfasst, das eine eine Lenkbewegung hemmende geregelte Kraft auf die Lenkung ausüben kann, umfassend eine Steuereinheit (14) zum Erzeugen eines Stellsignals (40) zum Beeinflussen der von dem Stellglied (2) auf die Lenkung ausgeübten Kraft, wobei die Steuereinheit (14) ausgebildet ist, das Stellsignal (40) in Abhängigkeit von einer ermittelten Lenkgeschwindigkeit (ω) zu erzeugen, wobei die Steuereinheit (14) ausgebildet ist, ein Handlenkmomentsignal (52) zu erfassen und das Stellsignal (40) zusätzlich in Abhängigkeit eines mittels des Handlenkmomentsignals (52) repräsentierten Handlenkmoments (TH) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal (40), sofern das Handlenkmoment (TH) konstant ist, proportional zu einer Dämpfung d1(|ω|) ist, die eine Funktion eines Betrags der Lenkgeschwindigkeit (ω) ist, und die Dämpfung d1(|ω|) monoton mit dem Betrag der Lenkgeschwindigkeit (ω) zunimmt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6. Allgemein also ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Lenkung ein Stellglied umfasst, das eine eine Lenkbewegung hemmende geregelte Kraft auf die Lenkung ausüben kann.
• Kraftfahrzeuge mit elektromagnetischen Lenkeinrichtungen, bei welchen ein Unterstützungsmoment durch ein Stellglied, beispielsweise einen elektrischen Servomotor, zusätzlich zu einem durch einen Fahrer mittels eines Lenkrads über eine durchgehende mechanische Verbindung vorgegebenes Lenkmoment aufgebracht wird, sind bereits bekannt.
• Beispielsweise sind aus der DE 197 13 576 A1 Lenksysteme für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem lenkbaren Rad, einem Stellantrieb und einem Überlagerungsgetriebe bekannt, wobei mittels des Überlagerungsgetriebes die durch den Fahrer initiierte Lenkbewegung und die durch den Stellantrieb initiierte Bewegung zur Erzeugung der Lenkbewegung des lenkbaren Rades überlagert werden. Bei dem Stellantrieb handelt es sich üblicherweise um einen lagegeregelten Motor, insbesondere einen Elektromotor.
• Andere Lenkungen besitzen elektrohydraulisch betriebene Stellglieder, die einen Lenkvorgang unterstützen.
• Allgemein sind Lenkungen so ausgebildet, dass sie Endanschläge besitzen, die eine Einlenkbewegung der lenkbaren Räder begrenzen. Diese Endanschläge können mechanisch ausgebildet sein. Da im Fahrbetrieb große Kräfte auf diese mechanischen Endanschläge einwirken können, wenn die Lenkung maximal ”eingeschlagen” ist, ist es aus dem Stand der Technik ferner bekannt, so genannte softwaretechnisch ausgebildete Endanschläge zusätzlich zu den mechanischen Endanschlägen vorzusehen. Als softwaretechnisch ausgebildete Endanschläge werden im Folgenden solche Systeme angesehen, bei denen über ein Stellglied eine eine Lenkbewegung hemmende Kraft aufgebracht wird, die in Abhängigkeit von einer Annäherung einer Lenkungsstellung an eine Endanschlagstellung in der Weise zunimmt, dass sie einer Lenkbewegung, die die Lenkung in die Endanschlagstellung bewegt, entgegenwirkt, d. h. diese hemmt. Dieses bedeutet, dass die softwaretechnisch ausgebildeten Endanschläge nach einem Feder-Dämpfer-Prinzip arbeiten.
• Aus der DE 101 45 982 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Widerstandes gegen eine Bewegung einer Lenkwelle, die betreibbar ist, um sich als eine Funktion einer Bedienereingabe zu bewegen, bekannt. Ein Positionssensor wird mit der Lenkwelle gekoppelt und überträgt ein Wellenpositionssignal als eine Funktion der Position der Lenkwelle. Eine Verarbeitungsvorrichtung ist mit dem Positionssensor gekoppelt, um das Wellenpositionssignal aufzunehmen, und überträgt ein Widerstandssignal als eine Funktion des Wellenpositionssignals. Eine Widerstandsvorrichtung ist mit der Verarbeitungsvorrichtung gekoppelt, um das Widerstandssignal aufzunehmen, und ist mit der Lenkwelle gekoppelt, wobei die Widerstandsvorrichtung der Bewegung der Lenkwelle als eine Funktion des Widerstandssignals Widerstand bietet. Dort ist ferner vorgeschlagen, das Widerstandssignal als Funktion der Veränderungsrate der Wellenposition, beispielsweise der Geschwindigkeit, auszubilden.
• Aus der EP 1 300 321 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Dämpfung eines elektrisch unterstützten Lenksystems bekannt, wobei ein Parameter (α) zum Berechnen einer Stromstärke zum Steuern der Dämpfung wie folgt definiert ist: mittels eines ersten Dämpfungsgesetzes (A1), wenn das Steuerrad auf seinen Nullpunkt zubewegt wird, und mittels eines zweiten Gesetzes (A2), wenn es von seiner Nullstellung wegbewegt wird, und mittels eines speziellen Dämpfungsgesetzes in einem winkelmäßigen Übergangsbereich (α1–α2), wenn die Dämpfungsart von dem ersten zu dem anderen Gesetz wechselt.
• Aus der DE 38 21 789 A1 ist eine motorgetriebene Servolenkungseinheit mit einem Elektromotor zum Erzeugen einer Hilfslenkkraft in einem Lenksystem bekannt, das ein Lenkrad an Fahrzeugräder koppelt, wobei die Lenkungseinheit die Drehung des Lenkrades durch Steuerung eines dem Motor zuzuführenden elektrischen Stromes auf der Basis einer Lenkinformation unterstützt. Diese Lenkungseinheit weist eine Lenkkraft-Erfassungseinrichtung zum Erfassen der in dem Lenksystem erzeugten Lenkkraft und eine Überlastungsverhinderungseinrichtung zum Herabsetzen des elektrischen Stromes, wenn die erfasste Lenkkraft einen vorbestimmten Wert überschreitet.
• In der DE 102 16 104 A1 ist Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug beschrieben, bei dem in Abhängigkeit von Fahrzeugzustandsgrößen und Fahrzeugbetriebsgrößen von einer Steuer- und Regeleinheit ein Phasenstrom für einen elektrischen Antriebsmotor des Lenksystems erzeugt wird, wobei entweder ein Antriebsmoment oder ein Bremsmoment erzeugbar ist. Bei einer Überschreitung einer vorgegebenen Grenzdrehzahl des Antriebsmotors wird der Phasenstrom als Bremsstrom erzeugt und auf einen Maximalwert begrenzt.
• Unbefriedigend gelöst ist im Stand der Technik das Problem, dass die bekannten mechanischen Endanschläge kombiniert mit den so genannten softwaretechnisch realisierten Endanschlägen bei extremen Fahrsituationen nicht in der Lage sind, die auftretenden Kräfte so abzubremsen, dass keine Beschädigungen an der Lenkung auftreten. Insbesondere bei so genannten Fluchtwendungen, bei denen aus einer Rückwärtsfahrbewegung durch eine kombinierte Lenk- und Bremsbetätigung die Richtung des Kraftfahrzeugs auf der Straße um 180° gewendet wird, können hohe Lenkgeschwindigkeiten auftreten. Die bei der Abbremsung solcher Lenkgeschwindigkeiten auftretenden Beschleunigungen (Verzögerungen) und hiermit verknüpften Kräfte können durch einen gebräuchlichen mechanisch realisierten Endanschlag, der durch einen softwaretechnisch ausgebildeten Endanschlag unterstützt ist, nicht adäquat abfangen werden.
• Würde man den Bereich, in dem der softwaretechnische ausgebildete Endanschlag zu wirken beginnt, vergrößern, d. h. bei einer Lenkstellung einsetzen lassen, die weiter von der Endanschlagsstellung entfernt ist, so könnten zwar Beschädigungen an der Lenkung reduziert oder ausgeschlossen werden, jedoch würde hierdurch ein Lenkkomfort stark abgesenkt. Ein starkes Einlenken der Kraftfahrzeugräder bis zum Endanschlag wäre in einem solchen Fall nur durch einen gesteigerten Kraftaufwand seitens des Fahrers möglich. Gerade in kritischen Fahrsituationen soll jedoch die Lenkung leichtgängig sein, d. h. ohne einen großen Kraftaufwand des Fahrers betätigbar sein.
• Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, mit denen in jeder Fahrsituation eine Veränderung der Lenkstellung ohne einen übermäßigen Kraftaufwand möglich ist und dennoch ein zuverlässiger Schutz der Lenkung gegenüber Beschädigungen in normalen Fahrsituationen gewährleistet ist, wenn die Lenkung in ihre Endanschlagstellungen bewegt wird.
• Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Hierbei ist vorgesehen, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, ein Handlenkmomentsignal zu erfassen und das Stellsignal zusätzlich in Abhängigkeit eines mittels des Handlenkmomentsignals repräsentierten Handlenkmoments zu erzeugen. Dies bedeutet, dass von der Steuereinheit ein Handlenkmomentsignal erfasst wird, welches ein Maß für ein von dem Fahrer ausgeübtes Handlenkmoment ist, und das Stellsignal zusätzlich in Abhängigkeit eines aus dem Handlenkmomentsignal ermittelten Handlenkmoments erzeugt wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass in kritischen Situationen, in denen ein Fahrer ein hohes Handlenkmoment aufbringt, die diesem Lenkmoment entgegenwirkende hemmende Kraft anders festgelegt ist, beispielsweise niedriger, als dieses für eine aktuelle Lenkgeschwindigkeit und Stellung der Lenkung bezüglich ihres Endanschlags vorgesehen ist. Somit sind in Gefahrensituationen kontrollierte Lenkbewegungen ohne einen erhöhten Kraftaufwand mit hohen Lenkgeschwindigkeiten und auch nahe den Endbereichen der Lenkung möglich.
• Als Lenkgeschwindigkeit wird hierbei die Geschwindigkeit angesehen, mit der sich eine Zahnstange oder beispielsweise eine Lenkwelle bewegt, die ein Einlenken der Fahrzeugräder bewirkt.
• Erfindungsgemäß ist das Stellsignal, sofern das Handlenkmoment konstant ist, proportional zu einer Dämpfung, die eine Funktion eines Betrags der Lenkgeschwindigkeit ist, wobei die Dämpfung monoton mit dem Betrag der Lenkgeschwindigkeit zunimmt. Die Dämpfung ist somit eine Funktion des Betrags der Lenkgeschwindigkeit. Diese Funktion muss nicht stetig sein, kann z. B. Stufen aufweisen, muss jedoch in jedem Falle monoton sein, so dass bei einer höheren Lenkgeschwindigkeit auf keinen Fall eine niedrigere Dämpfung auftreten kann als bei der betragsmäßig niedrigen Lenkgeschwindigkeit.
• Die Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Lenkung in einen Bereich, in dem eine von der Stellung der Lenkung abhängige hemmende Krafteinwirkung erzeugt wird, nur mit einer vorgegebenen maximalen Lenkgeschwindigkeit eintritt. Dies bedeutet, dass vorzugsweise das Stellsignal so erzeugt wird, dass über die hemmende Kraft eine Lenkgeschwindigkeit unterhalb eines Grenzwerts beschränkt wird, der vorzugsweise so gewählt ist, dass der softwaretechnisch realisierte, nach dem Feder-Dämpfer-Prinzip arbeitende Endanschlag die zum Abbremsen einer mit einer solchen begrenzten Lenkgeschwindigkeit bewegten Lenkung erforderlichen Kräfte bereitstellen kann.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit daher so ausgebildet, das Stellsignal so zu erzeugen, dass eine steigende hemmende Kraft des Stellglieds bei steigender ermittelter Lenkgeschwindigkeit angefordert wird, sofern das ermittelte und mittels des Handlenkmomentsignals repräsentierte Handlenkmoment konstant ist. Dies bedeutet, dass bei Außerachtlassung des aktuellen Handlenkmoments eine hemmende Wirkung mit steigender Lenkgeschwindigkeit zunimmt. Hierbei kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass eine hemmende Wirkung erst ab einer Schwellengeschwindigkeit der Lenkung einsetzt. In einem solchen Fall können Lenkbewegungen mit Lenkgeschwindigkeiten unterhalb der Schwellengeschwindigkeit (außer gegebenenfalls in Wirkbereichen der softwaretechnisch realisierten Endanschläge) widerstandsfrei ausgeführt werden.
• Das Stellsignal wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so erzeugt, dass die angeforderte hemmende Kraft umso kleiner ist, je größer das mittels des Handlenkmomentsignals repräsentierte Handlenkmoment ist. Berücksichtigt man die unterschiedlichen Faktoren, die bei der Erzeugung des Stellsignals berücksichtigt werden, so sind eine stärkere Reduzierung bei hohen Handlenkmomenten und eine geringere Reduzierung der hemmenden Wirkung bei nur geringen Handlenkmomenten sinnvoll. Bei sehr geringen Handlenkmomenten, die bei einer normalen Lenkbewegung auftreten können, kann es sogar vorgesehen sein, dass eine Reduzierung nicht vorgenommen wird. Steigt jedoch das Handlenkmoment, wie es typischerweise in Gefahrensituationen der Fall ist, so ist davon auszugehen, dass eine einfache Betätigung der Lenkung einen höheren Vorrang als ein Schutz der Lenkungsendanschläge besitzt. Mit anderen Worten wird der Vermeidung eines Unfalls ein höherer Stellenwert als dem Schutz der Endanschläge beigemessen.
• Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit das Stellsignal so erzeugt, dass eine angeforderte hemmende Kraft umso kleiner ist, je größer das mittels des Handlenkmomentsignals repräsentierte Handlenkmoment ist, welches der angeforderten hemmenden Kraft entgegenwirkt. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, dass nur das Handlenkmoment berücksichtigt wird, welches der erzeugten hemmenden Wirkung entgegenwirkt. Wird hingegen ein Lenkmoment aufgebracht, welches der vorherrschenden Lenkbewegung der Lenkung entgegenwirkt und somit ebenfalls bezogen auf eine Bewegung der Lenkung hin zu einem Endanschlag hemmend wirkt, führt dazu, dass die hemmende Wirkung, die durch das Stellsignal bewirkt wird, durch das ermittelte Handlenkmoment unbeeinflusst ist.
• Vorzugsweise wird ein von einer Stellung der Lenkung abhängiges Endanschlagssignal von der Steuereinheit beim Erzeugen des Stellsignals mit einbezogen, so dass die hemmende Kraftanforderung bei einer in Richtung auf einen der Endanschläge verlaufenden Lenkbewegung in einem Stellungsbereich benachbart zu einem der Endanschläge steigt, je näher die Stellung der Lenkung einer der Endanschlagstellungen ist, sofern das ermittelte und mittels des Handlenkmomentsignals repräsentierte Handlenkmoment konstant ist.
• Die Schutzvorrichtung liefert somit ein Stellsignal, welches zusätzlich eine durch das Stellglied ausgebildete Federwirkung bereitstellt, die hierin als softwaretechnisch ausgebildeter Endanschlag bzw. Endanschlagsfederung bezeichnet ist.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden eine von dem Betrag der Lenkgeschwindigkeit abhängige Dämpfung und eine von dem Betrag des Handlenkmoments abhängige weitere Dämpfung miteinander multipliziert und ein Produkt dieser Multiplikation mit einer Endanschlagsdämpfung in einem Addierer fusioniert, wobei die Endanschlagsdämpfung von der Stellung der Lenkung abhängig ist.
• Die technischen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs;
• 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung, die ein Handlenkmoment nicht berücksichtigt;
• 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung, bei der ein Handlenkmoment berücksichtigt wird;
• 4 eine grafische Darstellung eines funktionalen Zusammenhangs einer Dämpfung vom Betrag einer Lenkgeschwindigkeit; und
• 5 eine schematische Darstellung einer Dämpfung in Abhängigkeit von einem Betrag eines Handlenkmoments.
• 1 zeigt schematisch ein elektromechanisches Lenksystem mit Lenkunterstützung, umfassend ein als Lenkrad ausgebildetes Lenkmittel 1 und ein als Servomotor ausgebildetes Stellglied 2, die über ein Lenkgetriebe 3, welches mittels eines Lenkritzels dargestellt ist, und ein Servomotorgetriebe, welches mittels eines Antriebsritzels dargestellt ist, mit einer Zahnstange 5 verbunden sind. Die Zahnstange 5 ist über eine nicht dargestellt bekannte Lenkverbindung steuerbar mit ebenfalls nicht dargestellten lenkbaren Rädern eines Fahrzeugs verbunden. Das Lenkmittel 1 ist über eine als Drehstab ausgeführte Lenkwelle 6 und das Lenkgetriebe 3 mit der Zahnstange 5 wirkverbunden. Außerdem sind das Lenkmittel 1 und das Stellglied 2 über die Lenkwelle 6, das Lenkgetriebe 3, die Zahnstange 5 und das Servomotorgetriebe 4 miteinander gegenseitig wirkverbunden. Für eine Lenkunterstützung wird zusätzlich zu dem durch den Fahrer über das Lenkmittel aufgebrachte Handlenkmoment T_H durch das Stellglied 2 ein in einer Recheneinheit 7, welche als Steuergerät ausgeführt ist, ermitteltes Unterstützungsmoment aufgebracht. Das Unterstützungsmoment wird in Abhängigkeit von einer Fahrsituation des Fahrzeugs ermittelt. Die Fahrsituation ist u. a. durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit und das Handlenkmoment T_H beschreibbar. Das Handlenkmoment T_H wird beispielsweise mittels eines Handlenkmomentsensors 8, der an der Lenkwelle 6 angeordnet ist, ermittelt und mittels eines Handlenkmomentsignals repräsentiert. Dieses kann ein analoges oder ein digitales Signal sein. Es kann über eine spezielle Daten- oder Signalleitung oder über ein Datenbussystem, beispielsweise einen CAN-Bus, übermittelt werden.
• Benachbart zu der Zahnstange 5 ist bei der dargestellten Ausführungsform nach 1 ein Linearsensor 9 angeordnet. Der Linearsensor 9 kann als optischer Sensor ausgebildet sein, der an der Zahnstange 5 angebrachte Codes ausliest. Die Codes ermöglichen es, die Stellung der Lenkung zu ermitteln. Aus einer zeitlichen Ableitung des Stellungssignals kann eine Lenkgeschwindigkeit ω ermittelt werden. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Stellung α und die Lenkgeschwindigkeit ω (ω = dα/dt) auch mittels eines Winkelsensors ermittelt werden, der an der Lenkwelle 6, dem Lenkritzel oder dem Antriebsritzel angeordnet ist. Wieder andere Ausführungsformen können einen Motorlagesensor verwenden.
• Ein maximaler Lenkeinschlag ist in beide Richtungen durch mechanische Endanschläge (nicht dargestellt) begrenzt. Wird die Lenkung mit einer hohen Lenkgeschwindigkeit gegen einen dieser Endanschläge bewegt, so können diese beschädigt werden. Um die in der Lenkung gespeicherte Energie aufnehmen zu können, können die Endanschläge mit mechanischen Federn ausgestattet sein. Zusätzlich hat es sich bei elektromechanischen Lenkungen als vorteilhaft erwiesen, softwaretechnisch realisierte Endanschläge nach einem Feder-Dämpfer-Prinzip vorzusehen. In einem Endbereich des Zahnstangenhubs, d. h. benachbart zu einer Endlagenstellung, wird von einer Steuereinheit 14 ein Stellsignal für das Stellglied 2 erzeugt, welches in Abhängigkeit von der Lenkungsstellung einer Lenkbewegung in Richtung auf den Endanschlag entgegenwirkt. Das Stellsignal wird in der Weise erzeugt, dass das von dem Stellglied aufgebrachte Dämpfungsmoment mit einer Annäherung der Lenkungsstellung an die Endanschlagstellung zunimmt. Der Hubbereich der Zahnstange 5, in dem diese softwaretechnische Endanschlagsdämpfung einsetzt, ist so ausgestaltet, dass in normalen Fahrsituationen die Lenkung nicht gegen die mechanischen Endanschläge anstößt bzw. nur geringe Kräfte auf die mechanischen Endanschläge wirken. In Fahrsituationen, in denen die Lenkung mit einer hohen Lenkgeschwindigkeit in Stellungen nahe dem Endanschlag bewegt wird, reichen die bekannten softwaretechnisch realisierte Endanschlagslösungen nicht aus, um eine Beschädigung der mechanischen Endanschläge zuverlässig zu vermeiden. Insbesondere bei so genannten Fluchtwendungen, bei denen das Fahrzeug aus einer Rückwärtsfahrbewegung durch eine Lenkungs- und Bremsbetätigung um 180° auf der Fahrbahn gewendet wird, können extrem hohe Lenkgeschwindigkeiten auftreten. Die in der Lenkung gespeicherte Energie kann in einem solchen Fall mittels des softwaretechnisch realisierten Feder-Dämpfer-Prinzips nicht adäquat abgefangen werden.
• Möglich wäre es, den Bereich, in dem die softwaretechnische Feder-Dämpfer-Wirkung einsetzt, zu vergrößern. Dies würde jedoch den Nachteil mit sich bringen, dass ein Fahrzeuglenker, beispielsweise in Einparksituationen, in denen ohne eine hohe Lenkgeschwindigkeit ein maximaler Lenkeinschlag herbeigeführt werden soll, gegen diese Dämpfung anlenken müsste. Eine solche Lösung ist somit aus Sicht des Fahrkomforts und auch einer Fahrsicherheit nicht akzeptabel, da auch in Gefahrensituationen eine Lenkung durch den Fahrer unnötig erschwert wird.
• Vorteilhafterweise ist eine Schutzvorrichtung für eine Lenkung in der Steuereinheit 14 ausgeführt und daher so ausgestaltet, dass das Stellsignal, welches eine Dämpfung der Lenkung bewirkt, zusätzlich von einer Lenkgeschwindigkeit abhängig ist. Die Steuereinheit 14 kann mit der Rechnereinheit 7 integriert in einem Steuergerät ausgeführt sein, oder wie dargestellt, das Stellsignal für das Stellglied 2 an die Recheneinheit 7 weiterleiten. Bei anderen Ausführungsformen kann das Stellsignal der Steuereinheit 14 direkt an das Stellglied 2 oder ein weiteres Stellglied zum Bewirken der Hemmung einer Lenkbewegung direkt ausgegeben werden.
• In 2 ist eine Ausführungsform einer Schutzvorrichtung 20 gezeigt, die vorzugsweise in der Steuereinheit 14 nach 1 umgesetzt ist, bei der zum einen eine stellungsabhängige Endanschlagskraft als auch eine Geschwindigkeit der Lenkung bei der Erzeugung des Stellsignals, die eine Dämpfungskraft bzw. ein Dämpfungsmoment vorgibt, berücksichtigt werden. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass sich ein mit der Lenkwelle 6 verknüpfter Winkel α bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs einen Wert 0 (α = 0) aufweist. Wird das Lenkrad nach links gedreht (siehe Pfeilspitze 11), so vergrößert sich der Winkel α. Eine Auslenkung oder eine Lenkungsstellung x der Zahnstange 5 ist bei Geradeausfahrt ebenfalls 0 (x = 0). Wird das Lenkmittel 1 im mathematisch positiven Sinne, d. h. nach links (Pfeilrichtung 11) gedreht, so bewegt sich die Zahnstange in positiver x-Richtung, die mittels eines Pfeils 13 angedeutet ist. Wird das Lenkmittel 1 in mathematisch negativer Richtung (Pfeilspitze 12) gedreht, so verringert sich der Winkel α bzw. die Stellung x.
• Die in 2 dargestellte Vorrichtung 20 zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung empfängt ein eine Endanschlagskraft repräsentierendes Signal 22. Dieses vorzeichenbehaftete Signal gibt die Endanschlagsdämpfung vor, die auf die Lenkung ausgeübt werden soll, wenn sich der Zahnstangenhub in einem Endbereich nahe einem der Endanschläge befindet. Wird die Zahnstange gegen einen an der Stellung +x_ea bzw. +α_ea angeordneten Endanschlag bewegt, so weist die Endanschlagskraft ein negatives Vorzeichen auf, um in Richtungen auf kleinere Lenkungsstellungen x bzw. kleineren Lenkwinkel α hinzuwirken. Die Vorrichtung 20 zum Schützen der elektromagnetischen Lenkung empfängt ferner ein Signal 24, das die Lenkgeschwindigkeit, beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit ω der Lenkwelle 6, oder eine Lineargeschwindigkeit v der Zahnstange 5 repräsentiert. Für den Fachmann ergibt es sich, dass auch ein die Lenkungsstellung α oder x angebendes Signal die Lenkgeschwindigkeit ω repräsentieren kann, die mittels einer einfachen Differenziation nach der Zeit aus der Lenkungsstellung ermittelbar ist. Hierfür kann ein nicht dargestellter Differenzierer vorgesehen sein. Aus dem die Lenkgeschwindigkeit ω repräsentierenden Signal 24 wird ein Dämpfungssignal 26 mittels einer eine Dämpfung d1(ω) angebenden Dämpfungskennlinie 28 abgeleitet. Eine beispielhafte Dämpfungskennlinie 28 ist in 4 dargestellt. Die Dämpfung d1(|ω|) (Dämpfungssignal 26) ist lediglich von dem Betrag der Lenkungsgeschwindigkeit ω, d. h. von |ω| = |dα/dt| ^~ |dx/dt| abhängig. Bis zu einer Schwellenwinkelgeschwindigkeit ω_s ist die Dämpfung d1(|ω|) = 0. Bei höheren Lenkgeschwindigkeitsbeträgen |ω| steigt die Dämpfung d1(|ω|) an. Vorzugsweise steigt die Dämpfungskennlinie 28 oberhalb des Betrags der Schwellenlenkgeschwindigkeit |ω_s| exponentiell an. Aus dem die Lenkgeschwindigkeit ω repräsentierenden Lenkgeschwindigkeitssignal 24 wird mittels einer Vorzeichenerkennungseinrichtung 30 das Vorzeichen der Lenkgeschwindigkeit ω ermittelt und als Vorzeichensignal 32 ausgegeben. Das Dämpfungssignal 26 wird mit dem Vorzeichensignal 32 in einem Multiplikator 34 multipliziert, um ein vorzeichenbehaftetes Gesamtdämpfungssignal 36 zu erzeugen, das eine Gesamtdämpfung d_ges repräsentiert. In einem Addierer 38, in dem das Vorzeichen des Gesamtdämpfungssignals 36 invertiert wird, wird dieses mit dem die Endanschlagskraft repräsentierenden Signal 22 addiert, um ein vorzeichenbehaftetes Stellsignal 40 zu erzeugen, welches eine Dämpfung der Lenkung bewirkt. Die Dämpfungskennlinie 28 ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass Winkelgeschwindigkeiten größer 1000°/s nicht erreicht werden können. Hierdurch wird erreicht, dass die durch das die Endanschlagskraft repräsentierende Signal verursachte Dämpfung ausreichend ist, um die mechanischen Endanschläge vor einer Beschädigung zu schützen.
• In 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 50 zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs schematisch dargestellt. Identische technische Merkmale sind mit identischen Bezugszeichen wie in 2 versehen. Die Vorrichtung 50 zum Schützen der elektromechanischen Lenkung erfasst zusätzlich zu dem die Endanschlagskraft repräsentierenden Signal 22 und dem die Lenkgeschwindigkeit repräsentierenden Signal 24 ein ein Handlenkmoment T_H repräsentierendes Handlenkmomentsignal 52. Aus dem Handlenkmomentsignal 52 wird ein weiteres Dämpfungssignal 54 mittels einer weiteren Dämpfungskennlinie 56 abgeleitet. Eine beispielhafte weitere Dämpfungskennlinie 56 ist in 5 dargestellt. Die weitere Dämpfung d₂(|T_H|) ist vom Betrag des Handlenkmoments |T_H| abhängig. Bei der beispielhaften Ausgestaltung der Dämpfungskennlinie beträgt die weitere Dämpfung d₂(|T|) bis zu einem Handlenkmomentschwellenwert |T_s| konstant 1. Oberhalb dieses Handlenkmomentschwellenwertes |T_s| senkt die Dämpfung d₂(|T_H|) stark ab. Das aus der weiteren Dämpfungskennlinie 56 abgeleitete weitere Dämpfungssignal 54 wird ebenfalls auf den Multiplizierer 34 geführt und geht somit in die Produktbildung für das Gesamtdämpfungssignal 36 ein. Ein Dämpfungswert d₂(|T_H|) = 1 beeinflusst die Produktbildung nicht. Dies bedeutet, dass bei Handlenkmomenten, die betragsmäßig kleiner als der Handlenkmomentschwellenwert |T_s| sind, die aufgrund der Lenkgeschwindigkeit ω verursachte Einfluss auf die Gesamtdämpfung unbeeinflusst bleibt. Wird jedoch ein hohes Lenkmoment T_H aufgewendet, wie es in Gefahrsituationen typisch ist, ist die weitere Dämpfung d₂(|T_H|) kleiner 1 und bewirkt bei der Produktbildung im Multiplizierer 34, dass das Gesamtdämpfungssignal d_ges 36, welches durch die Lenkgeschwindigkeit ω beeinflusst ist, reduziert wird. Hierdurch wird auch das Stellsignal 40 verringert.
• Die dargestellte Dämpfungskennlinie 28 nach 4 und die dargestellte weitere Dämpfungskennlinie 56 nach 5 stellen jeweils nur beispielhafte Ausgestaltungen von Dämpfungskennlinien dar. Diese können nahezu beliebig ausgestaltet sein, um die oben erwähnten Ziele zu erreichen. Die Dämpfungskennlinie, welche die Dämpfung in Abhängigkeit von der Lenkgeschwindigkeit beschreibt, ist jedoch in jedem Fall monoton von dem Betrag der Lenkgeschwindigkeit abhängig. Bei anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Dämpfungskennlinien nicht von der vorzeichenbehafteten Lenkgeschwindigkeit und/oder dem vorzeichenbehafteten Handlenkmoment abhängig sind. Für den Fachmann ergibt es sich, dass in einem solchen Fall die Vorzeichenerkennungseinrichtung 30 eingespart werden kann. Durch eine alternative Ausgestaltung der Dämpfungskennlinien kann ebenfalls das Invertieren des Gesamtdämpfungssignals d_ges 36 in dem Summierer 38 eingespart werden.
• Es ergibt sich für den Fachmann ferner, dass das Stellsignal 40 mit weiteren Signalen fusioniert werden kann, die eine Lenkunterstützung der Lenkung bewirken.
• Bezugszeichenliste

1

Lenkmittel

2

Stellglied

3

Lenkgetriebe

4

Servomotorgetriebe

5

Zahnstange

6

Lenkwelle

7

Recheneinheit

8

Lenkmomentsensor

9

Linearsensor

11

Pfeilrichtung

12

Pfeilrichtung

13

Pfeil

14

Steuereinheit

20

Vorrichtung zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung

22

Endanschlagskraft repräsentierendes Signal

24

Lenkgeschwindigkeit repräsentierendes Signal

26

Dämpfungssignal (repräsentiert Dämpfung d₁(|ω|))

28

Dämpfungskennlinie

30

Vorzeichenerkennungseinrichtung

32

Vorzeichensignal

34

Multiplizierer

36

Gesamtdämpfungssignal (repräsentiert Gesaamtdämpfung d_ges)

38

Summierer

40

Stellsignal

50

Vorrichtung zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung

52

Handlenkmomentsignal

54

weiteres Dämpfungssignal (repräsentiert weitere Dämpfung d₂(|T|))

56

weitere Dämpfungskennlinie

α

Lenkwinkel

x

Lenkstellung

ω, v

Lenkgeschwindigkeit

ω_s

Schwellengeschwindigkeit

T_H

Handlenkmoment

|T_s|

Handlenkmomentschwellenwert

d₁

Dämpfung

d₂

weitere Dämpfung

Claims (10)

1. Vorrichtung (50) zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Lenkung ein Stellglied (2) umfasst, das eine eine Lenkbewegung hemmende geregelte Kraft auf die Lenkung ausüben kann, umfassend eine Steuereinheit (14) zum Erzeugen eines Stellsignals (40) zum Beeinflussen der von dem Stellglied (2) auf die Lenkung ausgeübten Kraft, wobei die Steuereinheit (14) ausgebildet ist, das Stellsignal (40) in Abhängigkeit von einer ermittelten Lenkgeschwindigkeit (ω) zu erzeugen, wobei die Steuereinheit (14) ausgebildet ist, ein Handlenkmomentsignal (52) zu erfassen und das Stellsignal (40) zusätzlich in Abhängigkeit eines mittels des Handlenkmomentsignals (52) repräsentierten Handlenkmoments (T_H) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal (40), sofern das Handlenkmoment (T_H) konstant ist, proportional zu einer Dämpfung d1(|ω|) ist, die eine Funktion eines Betrags der Lenkgeschwindigkeit (ω) ist, und die Dämpfung d1(|ω|) monoton mit dem Betrag der Lenkgeschwindigkeit (ω) zunimmt.
2. Vorrichtung (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) ausgebildet ist, das Stellsignal (40) so zu erzeugen, dass eine steigende hemmende Kraft des Stellglieds (2) bei steigender ermittelter Lenkgeschwindigkeit (ω) angefordert wird, sofern das mittels des Handlenkmomentsignals (52) repräsentierte Handlenkmoment (T_H) konstant ist.
3. Vorrichtung (50) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) das Stellsignal (40) so erzeugt, das die angeforderte hemmende Kraft umso kleiner ist, je größer das mittels des Handlenkmomentsignals (52) repräsentierte Handlenkmoment (T_H) ist.
4. Vorrichtung (50) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) das Stellsignal (40) so erzeugt, das die angeforderte hemmende Kraft um so kleiner ist, je größer das mittels des Handlenkmomentsignals (52) repräsentierte Handlenkmoment (T_H) ist, welches der angeforderten hemmenden Kraft entgegenwirkt.
5. Vorrichtung (50) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Stellung (α, x) der Lenkung abhängiges Endanschlagssignal (22) von der Steuereinheit (14) beim Erzeugen des Stellsignals (40) mit einbezogen wird, so dass die hemmende Kraftanforderung bei einer in Richtung auf einen der Endanschläge verlaufenden Lenkbewegung in einem Stellungsbereich benachbart zu einem der Endanschläge steigt, je näher die Stellung (α, x) der Lenkung einer der Endanschlagsstellungen (±α_ea, ±x_ea) ist, sofern das ermittelte und mittels des Handlenkmomentsignals (52) repräsentierte Handlenkmoment (T_H) konstant ist.
6. Verfahren zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Lenkung ein Stellglied (2) umfasst, das eine eine Lenkbewegung hemmende geregelte Kraft auf die Lenkung ausüben kann, wobei mittels einer Steuereinheit (14) ein Stellsignal (40) zum Beeinflussen der von dem Stellglied (2) auf die Lenkung ausgeübten Kraft erzeugt wird, wobei die Steuereinheit (14) das Stellsignal (40) in Abhängigkeit von einer ermittelten Lenkgeschwindigkeit (ω) erzeugt, wobei von der Steuereinheit (14) ein Handlenkmomentsignal (52) erfasst wird, welches ein Maß für ein von einem Fahrer ausgeübtes Handlenkmoment (T_H) ist, und das Stellsignal (40) zusätzlich in Abhängigkeit eines mittels des Handlenkmomentsignal (52) repräsentierten Handlenkmoments (T_H) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal (40), sofern das Handlenkmoment (T_H) konstant ist, proportional zu einer Dämpfung d1(|ω|) erzeugt wird, wobei die Dämpfung d1(|ω|) eine Funktion eines Betrags (|ω|) der Lenkgeschwindigkeit (ω) ist, und die Dämpfung d1(|ω|) monoton mit dem Betrag der Lenkgeschwindigkeit (ω) zunimmt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine steigende hemmende Kraft des Stellglieds (2) bei steigender ermittelter Lenkgeschwindigkeit (ω) angefordert wird, sofern das mittels des Handlenkmomentsignals (52) repräsentierte Handlenkmoment (T_H) konstant ist.
8. Verfahren nach einem der genannten Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal (40) so erzeugt wird, dass die angeforderte hemmende Kraft um so kleiner ist, je größer das mittels des Handlenkmomentsignals (52) repräsentierte Handlenkmoment (T_H) ist.
9. Verfahren nach einem der genannten Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal (40) so erzeugt wird, dass die angeforderte hemmende Kraft um so kleiner ist, je größer das mittels des Handlenkmomentsignals (52) repräsentierte Handlenkmoment (T_H) ist, welches der angeforderten hemmenden Kraft entgegenwirkt.
10. Verfahren nach einem der genannten Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Stellung (α, x) der Lenkung abhängiges Endanschlagssignal (22) beim Erzeugen des Stellsignals (40) mit einbezogen wird, so dass die hemmende Kraftanforderung bei einer in Richtung auf einen der Endanschläge verlaufenden Lenkbewegung in einem Stellungsbereich benachbart zu einem der Endanschläge steigt, je näher die Stellung (α, x) der Lenkung einer der Endanschlagsstellungen (±α_ea, ±x_ea) ist, sofern das ermittelte und mittels des Handlenkmomentsignals (52) repräsentierte Handlenkmoment (T_H) konstant ist.

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