DE102008006847A1

DE102008006847A1 - Lenksystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008006847A1
Application number: DE200810006847
Authority: DE
Inventors: Tobias Büllesfeld; Martin Dipl.-Ing. Rothmund (FH); Andreas Dr.-Ing. Schwarzhaupt; Armin Dr.-Ing. Sulzmann; Urs Dipl.-Ing. Wiesel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Fahrzeug (F), wobei ein Lenkrad (S) mit lenkbaren Fahrzeugrädern (R) verbunden ist und Dämpfungsmittel zur Dämpfung einer elektrischen Lenkaktoreinheit (1) zur Lenkungsunterstützung derart steuerbar sind, dass zumindest zwei elektrische Phasen (L1, L2) der elektrischen Lenkaktoreinheit (1) schaltungstechnisch koppelbar sind. Zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Fahrzeugrädern ist eine permanente mechanische Wirkverbindung und/oder hydraulische Wirkverbindung ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 100 21 814 A1 ist ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, dass einen Steer-by-wire-Betrieb ermöglicht, wobei ein Handmomentensteller vorgesehen ist, der im Steer-by-wire-Betrieb zur Simulation eines Lenkwiderstandes oder eines Rückstellmoments mit einer Lenkhandhabe, z. B. einem Lenkhandrad, verbunden ist. Um bei einem Ausfall des Handmomentenstellers auch im Steer-by-wire-Betrieb des Lenksystems eine hinreichende Betriebssicherheit für das Fahrzeug sicherzustellen, werden Dämpfungsmittel vorgesehen, die im Steer-by-wire-Betrieb bei einem Ausfall des Handmomentenstellers fahrerseitige Verstellbewegungen der Lenkhandhabe dämpfen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Lenksystem für ein Fahrzeug anzugeben, welches einfach herstellbar und sicher ist und gleichermaßen eine Komforterhöhung für einen Fahrzeugführer bewirkt.
Bei dem erfindungsgemäßen Lenksystem für ein Fahrzeug ist ein Lenkrad mit lenkbaren Fahrzeugrädern verbunden und Dämpfungsmittel zur Dämpfung einer elektrischen Lenkaktoreinheit zur Lenkungsunterstützung sind derart steuerbar, dass zumindest zwei elektrische Phasen der elektrischen Lenkaktoreinheit schaltungstechnisch koppelbar sind. Zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Fahrzeugrädern ist eine permanente mechanische Wirkverbindung und/oder hydraulische Wirkverbindung ausgebildet, so dass in vorteilhafter Weise stets eine sichere Wirkverbindung zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Fahrzeugrädern gegeben ist. Aus der Kombination der elektrischen Lenkaktoreinheit und der permanenten mechanischen und/oder hydraulischen Wirkverbindung ergibt sich weiterhin ein einfach realisierbares elektromechanisches Lenksystem, welches eine Komforterhöhung für einen Fahrzeugführer bewirkt.
Da in einer Weiterbildung der Erfindung als Dämpfungsmittel anhand einer Steuereinheit ansteuerbare Halbleiter, insbesondere Thyristoren, vorgesehen sind, ist als weiterer Vorteil eine stufenlose Steuerung der Dämpfung mittels Ansteuerfunktionen erzielbar, so dass es möglich ist, eine kostengünstige und energiesparende Parameterlenkung zu realisieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem,
2 schematisch ein Ersatzschaltbild eines dreiphasigen Elektromotors als elektrische Lenkaktoreinheit,
3 schematisch ein elektrisches Ersatzschaltbild eines elektrisch kurzgeschlossenen dreiphasigen Elektromotors als elektrische Lenkaktoreinheit, und
4 schematisch einen Spannungsverlauf an drei elektrischen Phasen eines Synchronmotors als elektrische Lenkaktoreinheit.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In der 1 ist ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem dargestellt. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild eines dreiphasigen Elektromotors M als elektrische Lenkaktoreinheit 1, welcher insbesondere als Synchronmotor ausgeführt ist. 3 stellt ein Ersatzschaltbild des Elektromotors 1 gemäß 2 dar, wobei dessen drei elektrische Phasen L1, L2, L3 kurzgeschlossen sind. 4 zeigt einen Spannungsverlauf an den drei elektrischen Phasen L1, L2, L3 eines als Synchronmotor ausgeführten Elektromotors M. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der drei Figuren näher erläutert.
Bei dem erfindungsgemäßen Lenksystem für ein Fahrzeug F gemäß 1 ist ein Lenkrad S mit lenkbaren Fahrzeugrädern R verbunden. Diese Verbindung ist als eine permanente mechanische Wirkverbindung und/oder hydraulische Wirkverbindung ausgebildet. Zu einer Unterstützung einer Lenkbewegung und/oder zur Modifikation des am Lenkrad wirksamen Lenkmoments ist eine elektrische Lenkaktoreinheit 1, insbesondere der Elektromotor M, vorgesehen.
Um einem Fahrzeugführer ein optimales Lenkgefühl zu bieten, ist eine Variation einer Stärke der Unterstützung der Lenkbewegung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Parametern vorgesehen. Bei diesen Parametern kann es sich beispielsweise um eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges F handeln, so dass z. B bei langsamen Geschwindigkeiten im Stadtverkehr eine leichtgängige Lenkung und bei hohen Geschwindigkeiten eine schwergängigere, d. h. straffere Lenkung realisierbar ist.
Weiterhin ist es auch möglich, persönliche Präferenzen eines Fahrzeugsführers zu berücksichtigen, so dass die Stärke einer Lenkunterstützung durch diesen vorgebbar ist. Dabei kann es sich z. B. um eine vorwählbare "Sport-Einstellung" oder "Komfort-Einstellung" handeln.
Zusätzlich sind beispielsweise Seitenwind, eine Fahrbahnbeschaffenheit und weitere hier nicht näher beschriebene Parameter erfassbar und zur Steuerung der Lenkunterstützung verwendbar.
Zur Variation der Stärke der Lenkunterstützung sind Dämpfungsmittel zur Dämpfung der elektrischen Lenkaktoreinheit 1, d. h. des Elektromotors M vorgesehen. Bei den Dämpfungsmitteln handelt es sich in einer Weiterbildung der Erfindung, insbesondere bei einer Verwendung eines Synchronmotors als Lenkaktoreinheit 1, um ansteuerbare Halbleiter.
Diese ansteuerbaren Halbleiter sind vorzugsweise als Thyristoren 2.1 bis 2.6 ausgebildet und sind mittels einer nicht näher dargestellten Steuereinheit ansteuerbar. In den elektrischen Phasen L1, L2, L3 des Elektromotors 1 ist dabei jeweils ein Thyristor 2.1 bis 2.3 in Sperrrichtung und jeweils ein Thyristor 2.4 bis 2.6 in Durchlassrichtung angeordnet.
Weiterhin ist auch ein zweiphasiger Elektromotor M als elektrische Lenkaktoreinheit 1 denkbar, wobei zumindest in einer elektrischen Phase L1 oder L2 ein Thyristor 2.1 in Sperrrichtung und ein Thyristor 2.2 in Durchlassrichtung angeordnet ist.
Die Folgende Beschreibung bezieht sich auf einen dreiphasigen Elektromotor M, ist jedoch ebenso auf einen zweiphasigen Elektromotor M anwendbar.
Führt der Fahrzeugführer mittels des Lenkrades S eine Lenkbewegung aus, wird der als Synchronmotor ausgeführte Elektromotor M als Generator betrieben und an den drei elektrischen Phasen L1, L2, L3 liegt eine Wechselspannung U1, U2, U3 gemäß 4 an.
Eine maximale Dämpfung des Elektromotors M wird erreicht, wenn alle drei elektrischen Phasen L1, L2, L3 gemäß 3 elektrisch kurzgeschlossen sind.
Ein dabei erzeugtes Dämpfungsmoment resultiert aus einer Spannungsdifferenz zwischen den einzelnen elektrischen Phasen L1, L2, L3 mit einer Phasenverschiebung α von 120°, da die Spannungsdifferenz zu sinusförmigen Kurzschlussströmen I₁₂, I₂₃ zwischen Motorspulen 3.1, 3.2, 3.3 des Elektromotors M führt. Diese sinusförmigen Kurzschlussströme I₁₂, I₂₃ erzeugen ein Magnetfeld, welches das Dämpfungsmoment in dem permanent-erregten Synchronmotor erzeugt.
Zur Variation der Dämpfung sind mittels der ansteuerbaren Thyristoren 2.1 bis 2.6 die sinusförmigen Kurzschlussströme I₁₂, I₂₃ variierbar. So halbiert sich beispielsweise bei einem Löschen einer positiven Halbwelle der sinusförmigen Kurzschlussströme I₁₂, I₂₃ die Dämpfung gegenüber der maximalen Dämpfung bei einem reinen Kurzschluss der elektrischen Phasen L1, L2, L3 des Elektromotors M.
Zu dieser Variation sind in der Steuereinheit Ansteuerfunktionen zur Ansteuerung der Thyristoren 2.1 bis 2.6 implementiert, mittels derer in Abhängigkeit von den Parametern die Dämpfung in Stufen oder stufenlos einstellbar ist.
Alternativ ist die die elektrische Lenkaktoreinheit 1 in einer Weiterbildung der Erfindung mit einer nicht näher dargestellten hydraulischen Lenkaktoreinheit koppelbar, was ebenfalls zu einer einfach realisierbaren Parameterlenkung in Abhängigkeit von den bereits genannten Parametern führt.

1: Elektrische Lenkaktoreinheit
2.1 bis 2.6: Thyristor
3.1 bis 3.3: Motorspule
F: Fahrzeug
I₁₂, I₂₃: Kurzschlussstrom
L1 bis L3: Elektrische Phase
M: Elektromotor
R: Fahrzeugräder
S: Lenkrad
U1 bis U3: Wechselspannung
α: Phasenverschiebung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10021814 A1 [0002]

Claims

Lenksystem für ein Fahrzeug (F), wobei ein Lenkrad (S) mit lenkbaren Fahrzeugrädern (R) verbunden ist und Dämpfungsmittel zur Dämpfung einer elektrischen Lenkaktoreinheit (1) zur Lenkungsunterstützung derart steuerbar sind, dass zumindest zwei elektrische Phasen (L1, L2) der elektrischen Lenkaktoreinheit (1) schaltungstechnisch koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lenkrad (S) und den lenkbaren Fahrzeugrädern (R) eine permanente mechanische Wirkverbindung und/oder hydraulische Wirkverbindung ausgebildet ist.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Dämpfungsmittel mittels einer Steuereinheit ansteuerbare Halbleiter vorgesehen sind.
Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Steuereinheit Ansteuerfunktionen zu einer Ansteuerung der Halbleiter implementiert sind, wobei mittels der Ansteuerfunktionen die Dämpfung in Stufen oder stufenlos einstellbar ist.
Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ansteuerbaren Halbleiter Thyristoren (2.1 bis 2.6) sind.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Lenkaktoreinheit (1) ein Elektromotor (M) ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Lenkaktoreinheit (1) mit einer hydraulischen Lenkaktoreinheit koppelbar ist.