DE102008046007A1 - Vorrichtung zur Lenkkraftunterstützung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lenkkraftunterstützung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, mit zumindest zwei Achsen, von denen zumindest eine Achse über eine Servolenkung gelenkt ist und die Räder des Kraftfahrzeuges über eine Betriebsbremse bremsbar sind, wobei zur Erzeugung einer Lenkkraftunterstützung bei Ausfall der Servolenkung die Radaufhängung der lenkbaren Räder durch entsprechende Auslegung der Radführungselemente, des Spreizungswinkels der Lenkachse und des Radsturzwinkels einen positiven Lenkrollradius aufweist und das jeweil kurveninnere Rad abhängig vom Lenkwinkel und/oder dem aufgebrachten Lenkmoment gebremst wird. Zur Erzielung einer noch wirkungsvolleren Lenkkraftunterstützung wird vorgeschlagen, dass der Spreizungswinkel (gamma) derart ausgeführt ist, dass die Lenkachse (14) in Fahrzeughochachsenrichtung, von unten nach oben gesehen, nach innen zur Fahrzeugmitte hingeneigt ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lenkkraftunterstützung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine derartige Vorrichtung beschreibt die
DE 10 2006 046 497 A1 , bei der bei einem Ausfall der Servolenkung eine Lenkkraftunterstützung dadurch hergestellt werden soll, dass die jeweils kurveninneren Räder der gelenkten Achse des Kraftfahrzeuges definiert angebremst wird. Die Erzeugung eines entsprechenden Lenkmomentes durch das Anbremsen setzt voraus, dass die Radaufhängung einen positiven Lenkrollradius aufweist, mittels dem an der Radaufstandsfläche zur Fahrbahn zwischen dem Radaufstandspunkt und dem Durchstoßpunkt der Lenkachse ein Hebel gebildet ist, der das Rad in die Kurve hinein zu drehen sucht. Der Bremsvorgang kann manuell oder automatisch über einen Lenkmomentsensor und eine elektronisch gesteuerte Bremsbetätigung bewirkt werden. - Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der gattungsgemäßen Vorrichtung, diese mit einfachen Mitteln weiter zu verbessern und eine noch weitergehende, elektronische Steuerung zur Lenkkraftunterstützung vorzuschlagen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Spreizungswinkel derart ausgeführt ist, dass die Lenkachse in Fahrzeughochachsenrichtung von unten nach oben gesehen nach innen zur Fahrzeugmitte hin geneigt ist, um einen im Sinne dieser Definition positiven Spreizungswinkel auszubilden. Durch diese Auslegung wird erreicht, dass am Rad wirkende Bremskräfte noch wirkungsvoller ein Eindrehen des kurveninneren Rades bewirken, weil mit zunehmendem Lenkeinschlag das Rückstellmoment, hin zur Geradeausstellung, bevorzugt stetig zunimmt. In der Geradeausstellung ist das Rückstellmoment der Achse MRechts + MLinks = 0. Dies ermöglicht eine Auslegung der „Lenkkraftunterstützung durch Bremsen” derart, dass eine große einseitige Bremskraft einen großen Lenkeinschlag zur Folge hat. Die erfindungsgemäße Lösung kann mit wenigen Bauteilen auf funktionssichere Weise an Fahrzeugen, insbesondere an Nutzfahrzeugen eingesetzt werden, wobei vor allem auch leistungsverbrauchende Bauteile, wie z. B. radgetriebene Hydraulikpumpen (Notlenkpumpen) in Verbindung mit hydraulischen Notfallsystemen eingespart werden können.
- Wenn in an sich üblicher Weise die Lenkachse zur Bildung einer eine Lenkungsrückstellung bewirkenden Nachlaufstrecke in Fahrzeughochachsenrichtung von oben nach unten gesehen, in Fahrzeuglängsrichtung bzw. in Fahrtrichtung nach vorne geneigt und/oder gegenüber der Radmitte in Fahrzeuglängsrichtung bzw. in Fahrtrichtung nach vorne versetzt ist, wird ferner vorgeschlagen, dass die Nachlaufstrecke derart vergrößert ausgelegt ist, dass eine definierte, zuverlässige Lenkungsrückstellung auch bei nicht funktionsfähiger Servolenkung gewährleistet ist. Damit gelingt eine Auslegung der fahrdynamischen Eigenschaften der Radaufhängung, die sowohl im regulären Fahrbetrieb als auch bei einem Ausfall der Servolenkung einen sicheren Fahrbetrieb mit ausreichender Lenkungsrückstellung und vertretbaren Lenkkräften ermöglicht.
- Ist das Kraftfahrzeug mit einem elektronischen Bremssystem (EBS) und/oder einem Fahrstabilitätsprogramm (z. B. ESP) ausgestattet, so kann in vorteilhafter und kostengünstiger Weise in dessen elektronischem Steuergerät neben den bereits vorhandenen, fahrdynamischen Parametern auch das eingebrachte Lenkmoment oder die Stellung der Lenkung (Lenkwinkel) eingelesen und in einer Routine zur Lenkkraftunterstützung bei ausgefallener Servolenkung die Radbremsen entsprechend ansteuern.
- Dabei kann besonders vorteilhaft die Bremskraft an dem jeweils zu bremsenden, kurveninneren Rädern abhängig vom anliegenden Lenkmoment derart geregelt sein oder abhängig von der vorliegenden Stellung der mechanischen Lenkung (Lenkwinkel) derart gesteuert werden, dass die Betätigungskraft ein definiertes Maß nicht übersteigt. Diese Regelung bzw. Steuerung kann z. B. geschwindigkeitsabhängig variabel sein und sicherstellen, dass bei allen Fahrsituationen kein unerwünschtes Auslenken auftritt.
- Schließlich kann zur weiteren Unterstützung der Lenkkraft und zum Erzeugen eines Gierwinkels in Richtung der vom Fahrer gewünschten Fahrtrichtungsänderung über das elektronische Steuergerät in der Ausfallroutine die kurveninneren Räder nicht lenkbarer Achsen abhängig u. a. vom Lenkwinkel (Stellung der Lenkung) zur Verstärkung des Giermomentes um die Hochmittelachse des Kraftfahrzeuges mit abgebremst werden.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in einer Ansicht von vorne eine Radaufhängung der gelenkten Vorderachse eines Kraftfahrzeuges, mit einem oberen und einem unteren Querlenker und mit einer von unten nach oben nach innen in einem definierten Spreizungswinkel geneigten Lenkachse mit einem positiven Lenkrollradius r; -
2 die Radaufhängung nach1 in einer Seitenansicht mit einer vergrößerten Nachlaufstrecke s; und -
3 eine grob schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einer vorderen, lenkbaren Achse gemäß den1 und2 , einer hinteren Achse, einer Servolenkung und einem hydraulischen Betriebssystem mit einem elektronischen Fahrstabilitätsprogramm. - Die
1 zeigt von vorne eine in Fahrtrichtung rechtsseitige Radaufhängung1 eines Kraftfahrzeuges mit gelenktem Rad2 , das auf einem Radträger4 in bekannter Weise um eine Raddrehachse3 drehbar gelagert ist. - Der Radträger
4 ist über Kugelgelenke5 an einem oberen Querlenker6 und an einem unteren Querlenker7 schwenkbar angelenkt. Die Querlenker6 ,7 wiederum sind über Schwenkachsen definierende Schwenklager8 mit dem nur angedeuteten Aufbau9 des Nutz- bzw. Kraftfahrzeuges zur Bildung einer Radführung verbunden. - Ferner ist ein Federbein
10 vorgesehen, das einerseits am Aufbau9 und andererseits an dem unteren Querlenker7 angelenkt ist. - Die Radträger
4 (vergleiche3 ) beider vorderer Radaufhängungen1 (die linksseitige Radaufhängung1 ist spiegelbildlich gleich wie vorbeschrieben ausgeführt) weisen Lenkarme11 auf, die über Spurstangen12 mit einer Lenkeinrichtung13 des Kraftfahrzeuges zusammenwirken. Die vorliegende Beschreibung in Verbindung mit einer Einzelradaufhängung ist lediglich beispielhaft gewählt. Selbstverständlich gilt das hier Beschriebene auch analog für Starrachsen, wie diese insbesondere im Nutzfahrzeug zum Einsatz kommen. - Der Radträger
4 (vergleiche1 und2 ) ist über die Kugelgelenke5 um eine Lenkachse14 zum Lenken des Rades2 schwenkbar, deren Spreizungswinkel γ gegenüber einer Senkrechten17 in Fahrzeughochachsenrichtung, wie aus1 ersichtlich ist, von unten nach oben gesehen in Fahrzeugquerrichtung bzw. zur Fahrzeugmitte hin nach innen verläuft. - Daraus resultiert ein positiver Lenkrollradius r, der mit einem definierten Hebelarm r (Strecke zwischen den eingezeichneten Pfeilen) das Rad
2 bei Längskräften und insbesondere bei Bremskräften um die Lenkachse14 einzulenken versucht. Bei gleich großen links- und rechtsseitigen Längskräften an den Rädern2 heben sich diese um die Lenkachsen14 wirkenden Lenkmomente gegenseitig über die Spurstange (Mrechts + Mlinks = 0) auf. - Durch die geometrische Auslegung der Querlenker
6 ,7 mit den Kugelgelenken5 ist die Lenkachse14 (vergleiche2 ) ferner von oben nach unten nach vorne bzw. in Fahrtrichtung F unter einem definierten Nachlaufwinkel geneigt, derart, dass der besagte Durchstoßpunkt der verlängerten Lenkachse14 vor der senkrechten Radmittelebene17 liegt und somit eine Nachlaufstrecke s definiert. - Der Nachlaufwinkel bzw. die Nachlaufstrecke s bewirkt eine Rückstellung der eingelenkten Räder
2 der Radaufhängungen1 , wobei die Nachlaufstrecke gegenüber herkömmlicher Auslegung so vergrößert ist, dass eine Lenkungsrückstellung auch bei durch einen Ausfall der üblichen Lenkkraftunterstützung (Servolenkung)13 bedingten, höheren Betätigungskräfte sichergestellt ist. - Die durch die vorderen Radaufhängungen
1 gebildete Vorderachse und die über nicht dargestellte Radaufhängungen geführten hinteren Räder18 einer Hinterachse des Kraftfahrzeuges sind in bekannter Weise mittels an den Rädern2 ,18 angeordneten Scheibenbremsen19 bremsbar, die pneumatisch über ein Bremspedal20 und ein Fußbremsventil21 , sowie über ein Fahrstabilitätsprogramm mit einem elektronischen Steuergerät22 ansteuerbar sind. - Die Scheibenbremsen
19 sind über Pneumatikleitungen23 und nicht dargestellte Magnetventile mit dem Steuergerät22 bzw. mit dessen elektropneumatischen Betätigungselementen (nicht dargestellt) verbunden und können abhängig von fahrdynamischen Parametern des Kraftfahrzeuges gemeinsam oder getrennt mit über das Bremspedal20 eingeleitetem oder automatisch eingespeistem Bremsdruck beaufschlagt werden. - Die Lenkeinrichtung
13 ist eine Zahnstangen-Servolenkung24 mit hydraulischer Lenkkraftverstärkung, die über eine Antriebswelle25 und eine Lenksäule26 mit einem Lenkhandrad27 trieblich verbunden ist. - In die Lenksäule
26 ist ein Lenkwinkel- oder Lenkmomentensensor28 integriert, der in beiden Drehrichtungen der Lenksäule26 Signale abgibt, die analog der von der Bedienungsperson des Kraftfahrzeuges eingebrachten Stellung der Lenkung und der aufgeprägten Drehrichtung sind. - Des Weiteren umfasst die hier beschriebene Servolenkung
24 bevorzugt einen Sensor29 , der die Funktionsfähigkeit oder die Betriebsbereitschaft der üblichen Lenkkraftunterstützung (Servolenkung) überwacht. Der Sensor29 kann beispielsweise ein Durchflusssensor sein, der in den Ölkreislauf der hydraulischen Servolenkung eingebunden ist. - Die Signale des Lenkmoment- oder Lenklwinkelsensors
28 und des Durchflusssensors29 werden über elektrische Leitungen30 ,31 dem elektronischem Steuergerät22 zugeführt und in einer in das Steuergerät22 als Software integrierten Ausfallroutine verarbeitet. - Dem Steuergerät
22 werden in üblicher Weise die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, Raddrehzahlsignale und deren Ableitungen, die Signale eines Giermomentsensors zur Verarbeitung ggf. einer Beschleunigung über die Hochachse des Kraftfahrzeuges, Lastanforderungen, etc. in bekannter Weise zugeführt und zur Erzielung einer Fahrstabilitätsregelung mit damit verbundener Ansteuerung der Antriebseinrichtungen und der Scheibenbremsen19 regelungstechnisch verarbeitet. - Wird über den Durchflusssensor
29 erkannt, dass ein Ausfall der Servolenkung24 vorliegt (z. B. bei einem defekten Antrieb der Hydraulikpumpe), so wird z. B. bei einer zu durchfahrenden Linkskurve die Scheibenbremse19 des linken Vorderrades2 mit Bremsdruck beaufschlagt, wodurch die an der Radaufstandsfläche wirkenden Längskräfte über den positiven Lenkrollradius r ein Lenkmoment auf die Lenkachse14 ausüben, das sich als Lenkkraftunterstützung auswirkt und das am Lenkhandrad27 aufzubringende Lenkmoment entsprechend verringert. - Ein vorliegender Ausfall der Servolenkung
24 kann dadurch erkannt werden, dass das über den Lenkmomentsensor28 gemessene, manuell aufgebrachte Lenkmoment einen regulären Wert übersteigt. Zusätzlich oder alternativ kann aber auch die Funktion der Servolenkung24 überwacht sein, z. B. mittels eines Durchflusssensors29 in der Lenkhydraulik. - Der bei Ausfall der Servolenkung
24 eingesteuerte Bremsdruck auf die jeweilige Scheibenbremse19 ist geschwindigkeitsabhängig, abhängig vom vorliegenden Lenkwinkel und lenkgeschwindigkeitsabhängig. Dieser Bremsdruck soll so groß sein, dass die Betätigungskräfte ein gewisses Maß nicht überschreiten und soll klein genug sein, um ein selbsttätiges Auslenken zu vermeiden. Das heißt, dass die Bremskraft derart gesteuert/geregelt ist, dass eine definierte Lenkkraftunterstützung gewährleistet wird. - Beim Durchfahren von relativ engen Kurven kann auch das kurveninnere, hintere Rad
18 über das Steuergerät22 des Kraftfahrzeuges mit angebremst werden, um eine noch verbesserte Kurvenwilligkeit bereit zu stellen. Dabei kann auch die Überwachung der Gierrate des Kraftfahrzeuges zur Sicherstellung einer hohen Fahrstabilität bei ggf. ungünstigen Fahrbahnverhältnissen in die Ausfallroutine miteinbezogen sein. - Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann anstelle der beschriebenen Radaufhängung
1 auch eine andere Radaufhängung mit z. B. einem führenden Federbein (McPherson Prinzip) oder eine Starrachse verwendet sein. Die Servolenkung24 kann auch ein anderes Lenkprinzip aufweisen und ggf. nicht hydraulisch sondern elektrisch unterstützt sein. -
- 1
- Radaufhängung
- 2
- Vordere Räder
- 3
- Raddrehachse
- 4
- Radträger
- 5
- Kugelgelenke
- 6
- Querlenker
- 7
- Querlenker
- 8
- Schwenklager
- 9
- Aufbau
- 10
- Federbein
- 11
- Lenkarm
- 12
- Spurstangen
- 13
- Lenkeinrichtung
- 14
- Lenkachse
- 15
- Fahrbahn
- 16
- Radaufstandsmittelpunkt
- 17
- Senkrechte
- 18
- Hintere Räder
- 19
- Scheibenbremsen
- 20
- Bremspedal
- 21
- Hauptbremszylinder
- 22
- elektro-pneumatische Steuerung
- 23
- Pneumatik-Leitungen
- 24
- Servolenkung
- 25
- Lenkwelle
- 26
- Lenksäule
- 27
- Lenkhandrad
- 28
- Lenkmomentsensor
- 29
- Lenkwinkelsensor
- 30
- Elektrische Leitung
- 31
- Elektrische Leitung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006046497 A1 [0002]
Claims (6)
- Vorrichtung zur Lenkkraftunterstützung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, mit zumindest zwei Achsen, von denen zumindest eine Achse über eine Servolenkung gelenkt ist und die Räder des Kraftfahrzeuges über eine Betriebsbremse bremsbar sind, wobei zur Erzeugung einer Lenkkraftunterstützung, insbesondere bei Ausfall der Servolenkung, die Radaufhängung der lenkbaren Räder durch entsprechende Auslegung der Radführungselemente, insbesondere des Spreizungswinkels der Lenkachse und des Radsturzwinkels, einen positiven Lenkrollradius aufweist und das jeweils kurveninnere Rad abhängig vom Lenkwinkel und/oder dem aufgebrachten Lenkmoment gebremst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spreizungswinkel (γ) derart ausgeführt ist, dass die Lenkachse (
14 ) in Fahrzeughochachsenrichtung von unten nach oben gesehen nach innen zur Fahrzeugmitte hin geneigt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkachse (
14 ) ferner zur Bildung einer eine Lenkungsrückstellung bewirkenden Nachlaufstrecke (s) in Fahrzeughochachsenrichtung von oben nach unten gesehen in Fahrzeuglängsrichtung, nach vorne geneigt und/oder gegenüber der Radmitte (M) in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne versetzt ist, wobei die Nachlaufstrecke (s) derart ausgelegt ist, dass eine definierte Lenkungsrückstellung auch bei nicht funktionsfähiger Servolenkung (24 ) gewährleistet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug mit einem elektronischen Bremssystem und/oder einem Fahrstabilitätsprogramm ausgestattet ist und dass in dessen elektronischem Steuergerät (
22 ) neben den bereits vorhandenen, fahrdynamischen Parametern auch das eingebrachte Lenkmoment oder der Lenkwinkel der Servolenkung (24 ) eingelesen und in einer Routine zur Lenkkraftunterstützung bei ausgefallener Servolenkung (24 ) die Radbremsen (19 ) entsprechend angesteuert werden. - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremskraft an dem zu bremsenden, kurveninneren Rad (
2 ) abhängig vom anliegenden Lenkmoment oder der Lenkstellung derart geregelt oder gesteuert ist, dass die Betätigungskräfte am Lenkhandrad27 ein definiertes Maß nicht übersteigen. - Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass über das elektronische Steuergerät (
22 ) ferner in der Ausfallroutine das zumindest eine kurveninnere Rad (18 ) wenigstens einer nicht lenkbaren, Achse wenigstens abhängig vom Lenkwinkel der gelenkten Räder zur Verstärkung des Giermomentes des Kraftfahrzeuges gebremst wird. - Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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