DE102008000365A1 - Steer by Wire Lenkung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Stephan Pollmeyer
Gabriele Fruhmann
Ulrich Mair
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
    • B62D7/146—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by comprising means for steering by acting on the suspension system, e.g. on the mountings of the suspension arms

Abstract

Es wird eine Steer by Wire Lenkung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welche als Steer by Wire Allradlenkung ausgeführt ist, wobei in den Radaufhängungen aller Räder des Fahrzeugs mindestens ein Lenker durch einen Steller ersetzt ist, dessen Länge über einen dem Steller zugeordneten Aktuator einstellbar ist, wodurch der jeweilige Radlenkwinkel radindividuell eingestellt werden kann.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steer by Wire Lenkung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Vierrädrige Kraftfahrzeuge weisen in der Regel eine Zentrallenkung, beispielsweise eine Zahnstangenlenkung an der Vorderachse auf; über diese Lenkung werden beide Vorderräder gleichzeitig gelenkt, wobei die Lenkwinkel beider Räder nicht unabhängig voneinander eingestellt werden.
  • Zudem sind Überlagerungslenkungen bekannt. Hierbei wird zwischen der Zahnstangenlenkung und dem Lenkrad ein Summierungsgetriebe angeordnet, so dass in Verbindung mit einem Elektromotor, der abtriebsseitig mit einer Welle des Summierungsgetriebes verbunden ist, dem Lenkradwinkel ein weiterer Winkel überlagert werden kann. Dies ermöglicht eine variable Lenkübersetzung. Des weiteren können diese Systeme bei kritischen Fahrzuständen über den Lenkwinkel korrigierend eingreifen. Auch bei derartigen Systemen sind die Lenkwinkel beider Vorderräder weiterhin miteinander gekoppelt.
  • Aus dem Stand der Technik sind auch Lenkungen bekannt, bei denen zusätzlich zur Vorderachslenkung auch die beiden Hinterräder gelenkt werden können. Zu diesem Zweck kann beispielsweise an der Hinterachse ein Zentralsteller integriert sein, durch den analog zur Vorderachslenkung beide Räder gekoppelt lenkbar sind. Alternativ dazu kann die Hinterachse zwei Lenker aufweisen, deren Länge durch das Ansteuern von Aktuatoren variiert werden kann, wodurch die Hinterräder gelenkt werden können.
  • Des weiteren sind aus dem Stand der Technik Steer by Wire Lenksysteme für Kraftfahrzeuge bekannt. Bei derartigen Systemen werden die über eine Lenkeinheit eingegebene Lenkbefehle von einem Sensor erfasst und über eine Steuereinheit an einen Aktuator weitergeleitet, welcher den Lenkbefehl ausführt. Die Ansteuerung dieses Aktuators erfolgt hierbei in Abhängigkeit von Lenkradwinkel und Lenkmoment sowie fahrdynamischen Größen. Des weiteren ist ein zweiter am Lenkrad angreifender Aktuator vorgesehen, über den dem Fahrer Rückmeldungen gegeben werden.
  • In vorteilhafter Weise besteht bei Steer by Wire Systemen keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern bzw. dem Lenkgetriebe. Dennoch erweisen sich die bekannten Steer by Wire Lenkungen aufgrund der gesetzlich vorgeschriebenen, sehr aufwendigen Fail-Safe-Konzepte hinsichtlich der Implementierung und der Kosten als unattraktiv.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steer by Wire Lenkung für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches kostengünstig herstellbar ist und einen geringen Bauraumbedarf aufweist. Des weiteren soll die erfindungsgemäße Steer by Wire Lenkung ein einfach zu implementierendes Fail Safe Konzept ohne eine mechanische Rückfallebene aufweisen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird eine Steer by Wire Allradlenkung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, bei der alle Räder eines Kraftfahrzeugs unabhängig voneinander gelenkt werden können. Gemäß der Erfindung ist in den Radaufhängungen aller Räder mindestens ein Lenker durch einen Steller ersetzt, dessen Länge über einen dem Steller zugeordneten Aktuator einstellbar ist, wodurch der jeweilige Radlenkwinkel radindividuell eingestellt werden kann.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind alle Steller als Gleichteile ausgeführt, wodurch die Kosten gering gehalten werden können. Des weiteren können die Steller hydraulisch oder elektromagnetisch betätigbar ausgeführt sein.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption entfällt die Zentrallenkung an der Vorderachse und es ist ein radindividueller optimaler Lenkeingriff bei variabler Lenkübersetzung möglich. Es kann zudem ein aktiver Lenkeingriff durchgeführt werden, ohne dass der Fahrer über ein dadurch entstehendes Lenkradmoment davon irritiert wird.
  • Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Lenkung kann ein Lenkwinkelfehler zwischen der linken und der rechter Seite einer Achse vermieden werden und eine Ackermannlenkung realisiert werden, wodurch der Reifenverschleiß minimiert wird. Des weiteren können die bei der Auslegung der Vorspur-Raderhebungskurve entstehenden achstypspezifischen Probleme, die das Erreichen einer idealen Kennlinie erschweren bzw. nicht ermöglichen aktiv ausgeglichen werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann ein mit dem Lenkrad verbundener Aktuator vorgesehen sein, über den ein Moment am Lenkrad erzeugt wird, um dem Fahrer eine Rückmeldung über den Fahrzustand zu geben.
  • Im Rahmen des Fail Safe Konzeptes der erfindungsgemäßen Lenkung ist vorgesehen, dass bei Ausfall des zumindest einen einem Rad zugeordneten Stellers die den anderen Rädern zugeordnete Steller die Lenkaufgabe übernehmen, wodurch die Lenkbarkeit des Fahrzeugs gewährleistet wird.
  • Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die den Stellern zugeordnete Aktuatoren einen Feststellmechanismus aufweisen, welcher bei Ausfall eines einzelnen Stellers eine Längenverstellung des Stellers durch äußere Kräfte verhindert.
  • Im Rahmen weiterer erfindungsgemäßer Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Sensoren und/oder die Steuergeräte der Aktuatoren bzw. der Lenkung redundant ausgeführt sind.
  • Durch die Implementierung der hier vorgestellten Steer by Wire Lenkung entstehen Bauraumvorteile, da keine mechanische Rückfallebene im Rahmen eines Fail Safe-Konzeptes erforderlich ist. Hinzu kommt, dass zwischen den Radaufhängungen Bauraum für weitere Komponenten zur Verfügung gestellt wird, da die Zentrallenkungen an der Vorderachse und/oder an der Hinterachse entfallen.
  • Ferner wird durch die mechanische Entkopplung des Lenkrades vom Fahrwerk der Komfort für den Fahrer erhöht, da keine fahrbahn- und antriebsstranginduzierten Störmomente am Lenkrad erzeugt werden. Des weiteren werden durch die mechanische Entkopplung des Lenkrades vom Fahrwerk Vibrationen aus der Lenkung bzw. aus dem Lenksystem nicht in die Fahrgastzelle übertragen.

Claims (7)

  1. Steer by Wire Lenkung für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Steer by Wire Allradlenkung ausgeführt ist, wobei in den Radaufhängungen aller Räder des Fahrzeugs mindestens ein Lenker durch einen Steller ersetzt ist, dessen Länge über einen dem Steller zugeordneten Aktuator einstellbar ist, wodurch der jeweilige Radlenkwinkel radindividuell eingestellt werden kann.
  2. Steer by Wire Lenkung für ein Kraftfahrzeug, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steller als Gleichteile ausgeführt sind.
  3. Steer by Wire Lenkung für ein Kraftfahrzeug, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steller hydraulisch oder elektromagnetisch betätigbar ausgeführt sind.
  4. Steer by Wire Lenkung für ein Kraftfahrzeug, nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Lenkrad verbundener Aktuator vorgesehen ist, über den in Abhängigkeit vom Fahrzustand ein Moment am Lenkrad erzeugt wird, um dem Fahrer eine Rückmeldung über den Fahrzustand zu geben.
  5. Steer by Wire Lenkung für ein Kraftfahrzeug, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall eines einem Rad zugeordneten Stellers die den anderen Rädern zugeordnete Steller die Lenkaufgabe übernehmen, wodurch die Lenkbarkeit des Fahrzeugs gewährleistet wird.
  6. Steer by Wire Lenkung für ein Kraftfahrzeug, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Stellern zugeordnete Aktuatoren einen Feststellmechanismus aufweisen, welcher bei Ausfall eines einzelnen Stellers eine Längenverstellung des Stellers durch äußere Kräfte verhindert.
  7. Steer by Wire Lenkung für ein Kraftfahrzeug, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren und/oder die Steuergeräte der Lenkung redundant ausgeführt sind.
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