DE102008049918B4

DE102008049918B4 - Überlagerungseinheit für eine hilfskraftunterstützte Lenkvorrichtung, Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges und Verfahren zum Betreiben einer Überlagerungseinheit

Info

Publication number: DE102008049918B4
Application number: DE102008049918A
Authority: DE
Inventors: Stefan Ullmann; Dr. Schwarz Ralf; Dr. Ing. Sagefka Michael; Dipl.-Ing. Lannoije Marnix; Martin Stemmer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: DE102008049918A1

Abstract

Überlagerungseinheit für eine hilfskraftunterstützte Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges und zum Hinzufügen eines Zusatzlenkwinkels zu einem mittels einer Lenkhandhabe vorgebbaren Lenkwinkel (φLR) mit – einem Getriebe und – einer Antriebseinheit zum Antreiben des Getriebes, wobei dem Zusatzlenkwinkel als physikalische Größen eine Winkelgröße und eine Winkelgeschwindigkeit zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungseinheit dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer tatsächlichen oder zu erwartenden Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit zumindest eine der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen zu verändern und so die Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit zu reduzieren, wobei wenigstens eine Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher eine Drehzahl, eine Schallemission und/oder eine Leistung der Überlagerungseinheit erfassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlagerungseinheit für eine hilfskraftunterstützte Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 und ein Verfahren zum Betreiben einer Überlagerungseinheit für eine hilfskraftunterstützte Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Die DE 103 25 484 A1 beschreibt ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs, bei welchem ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel mit einem Zusatzlenkwinkel überlagert wird. Hierbei wird eine durch das Überlagerungslenksystem mögliche Lenkdynamik, also die Leistungsfähigkeit des Überlagerungslenksystems, ermittelt. Wird von einer Fahrdynamikregelung die Notwendigkeit eines stabilisierenden Eingriffs erkannt, dann wird unter Berücksichtigung der Dynamikreserve des Überlagerungslenksystems ein Zusatzlenkwinkel erzeugt oder ein bereits aufgebrachter Zusatzlenkwinkel verändert. Eine maximal mögliche Winkelgeschwindigkeit des Zusatzlenkwinkels wird in Abhängigkeit von der maximal möglichen Winkelgeschwindigkeit des Motors des Überlagerungslenksystems ermittelt.
Die nach dem Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung veröffentlichte DE 10 2006 025 790 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Servolenksystems, bei welchem mittels einer Überlagerungseinheit einem Lenkradwinkel ein Zusatzwinkel überlagert wird. Hierbei wird in Abhängigkeit vom Leistungszustand des Bordnetzes der Zusatzlenkwinkel so eingestellt, dass sich ein weniger direktes variables Übersetzungsverhältnis ergibt. Bei einer kurzzeitigen hohen Lenkgeschwindigkeit wird der überlagerte Zusatzwinkel reduziert, so dass die Überlagerungseinheit nicht überlastet wird. Des Weiteren wird ein Grenzwert für die Leistungsaufnahme des elektrischen Servolenksystems aus dem Bordnetz vorgegeben, welcher nicht überschritten werden darf.
Die DE 103 53 083 A1 beschreibt ein hilfskraftunterstütztes Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, welches eine Überlagerungseinheit umfasst, mittels welcher einem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel ein gleichgerichteter oder gegensinniger Zusatzlenkwinkel hinzugefügt werden kann. Hierbei wird im Bereich der Endanschläge des Lenkgetriebes ein gegensinniger Zusatzlenkwinkel überlagert, so dass eine indirektere Übersetzung vorliegt. Das Verringern des Zusatzlenkwinkels erfolgt hierbei in Abhängigkeit von der Lenkwinkelvorgabe des Fahrers. Auf diese Weise wird im Bereich der Endanschläge des Lenkgetriebes der Leistungsbedarf des Lenkgetriebes verringert.
Die DE 10 2006 007 250 A1 beschreibt ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs, bei welchem mittels einer Überlagerungseinheit einem von einem Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel ein Zusatzlenkwinkel überlagert wird. Der Zusatzlenkwinkel wird in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und vom Fahrerlenkwinkel ermittelt. Eine Änderung des Summenlenkwinkels aus dem Zusatzlenkwinkel und dem Fahrerlenkwinkel wird betragsmäßig begrenzt, so dass die Servolenkung auch bei hoher Lenkwinkelgeschwindigkeit eine ausreichende Unterstützungsleistung bereitstellen kann.
Die DE 10 2005 042 153 A1 beschreibt ein elektrisches Servolenksystem eines Kraftfahrzeugs und die DE 101 09 491 A1 ein Verfahren zum Betrieb einer Fahrzeuglenkung.
Die DE 101 26 424 A1 beschreibt eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, bei welcher ein mechanisches Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit von einem mittels einer Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel variabel ausgebildet ist. Eine Zahnteilung einer Zahnstange ist hierbei so ausgebildet, dass bei einer Geradeausfahrstellung der Lenkhandhabe zunächst ein geringerer Hub eines Spurstangen-Anlenkpunktes an einem Lenkgetriebe erfolgt, als bei einem größeren, mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel. Das Übersetzungsverhältnis, also das Verhältnis zwischen dem mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel und dem Hub des Spurstangen-Anlenkpunktes an dem Lenkgetriebe, ist also in der Geradeausfahrstellung der Lenkhandhabe indirekter als bei einem größeren Lenkwinkel. Die Indirektheit einer Lenkung in der Geradeausfahrstellung dient dazu, auch bei höheren Fahrgeschwindigkeiten ein Verreißen des Kraftfahrzeuges infolge kleiner vorgegebener Lenkwinkel zu vermeiden.
Gemäß der DE 101 26 424 A1 fällt das Übersetzungsverhältnis mit zunehmender Annäherung des Lenkwinkels an einen Maximalwert des Lenkwinkels, also beispielsweise an einen Endanschlag eines Lenkrads, wieder ab. Im Bereich des Endanschlages ist somit ein direkteres Übersetzungsverhältnis durch die Zahnteilung der Zahnstange gegeben. Um den Lenkwinkel bis zum Erreichen des Endanschlages in einer vertretbaren, das heißt für einen Fahrer des Kraftfahrzeuges komfortablen Größenordnung zu halten, ist bei dem beschriebenen Lenkgetriebe dennoch ein relativ direktes Übersetzungsverhältnis im Bereich der Geradeausfahrstellung notwendig. Darüber hinaus ist der Verlauf des Übersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Lenkwinkel durch die mechanische Ausbildung der Zahnteilung der Zahnstange gegeben und nicht veränderbar.
Die DE 103 53 084 A1 beschreibt eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, bei welcher einem Lenkgetriebe zum Umsetzen des mittels der Lenkhandhabe vorgebbaren Lenkwinkels in einer Verschiebebewegung einer zumindest einem lenkbaren Rad zugeordneten Spurstange ein Aggregat zum Bereitstellen einer Hilfskraft bei einem Lenkvorgang zugeordnet ist. Darüber hinaus umfasst die Lenkvorrichtung eine Überlagerungseinheit, mittels welcher dem mittels der Lenkhandhabe vorgebbaren Lenkwinkel ein Zusatzlenkwinkel hinzugefügt werden kann. Der durch die Überlagerungseinheit hinzugefügte Zusatzlenkwinkel wird in eine entsprechende Verschiebebewegung der Spurstange umgesetzt, wobei das die Hilfskraft bereitstellende Aggregat den Lenkvorgang unterstützt. Gemäß der DE 103 53 084 A1 wird das Übersetzungsverhältnis indirekter eingestellt, wenn etwa ein Leistungsgrenzwert des Aggregates zum Bereitstellen der Hilfskraft überschritten wird. Das Aggregat kann also mit reduzierter Leistung betrieben werden.
Bei einem Reduzieren der Unterstützungsleistung des die Hilfskraft bei dem Lenkvorgang bereitstellenden Aggregates kann jedoch eine Leistungsanforderung der Überlagerungseinheit ansteigen, da ein höheres Überlagerungsmoment durch die Überlagerungseinheit aufzubringen ist. Dies kann etwa zu einer erhöhten Schallemission der Überlagerungseinheit führen und somit eine akustische Beeinträchtigung des Fahrkomforts darstellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Überlagerungseinheit für eine hilfskraftunterstützte Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges und ein Verfahren zum Betreiben einer Überlagerungseinheit zu schaffen, mittels welcher beziehungsweise mittels welchem eine Beeinträchtigung des Fahrkomforts durch Schallemissionen der Überlagerungseinheit verringerbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Überlagerungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Überlagerungseinheit für eine hilfskraftunterstützte Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges und zum Hinzufügen eines Zusatzlenkwinkels zu einem mittels einer Lenkhandhabe vorgebbaren Lenkwinkel umfasst ein Getriebe und eine Antriebseinheit zum Antreiben des Getriebes, wobei dem Zusatzlenkwinkel als physikalische Größen eine Winkelgröße und eine Winkelgeschwindigkeit zugeordnet sind, und wobei die Überlagerungseinheit dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer tatsächlichen oder zu erwartenden Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit zumindest eine der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen zu verändern.
Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Erfassungseinrichtung vorgesehen, mittels welcher eine Drehzahl, eine Schallemission und/oder eine Leistung der Überlagerungseinheit erfassbar ist. Dadurch ist es ermöglicht, das Verändern zumindest einer der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen in Abhängigkeit von einer der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Größen und somit lediglich bedarfsabhängig umzusetzen.
Durch das Verändern zumindest einer der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen ist es ermöglicht, das Übersetzungsverhältnis, also das Verhältnis zwischen dem mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel und dem Hub des Spurstangen-Anlenkpunktes am Lenkgetriebe, indirekter einzustellen. Damit ist ein verringerter Leistungsbedarf der Antriebseinheit zum Antreiben des Getriebes der Überlagerungseinheit gegeben, wobei ein verringerter Leistungsbedarf der Antriebseinheit mit einer geringeren Schallemission der Überlagerungseinheit einhergeht.
Somit ist eine Überlagerungseinheit geschaffen, mittels welcher eine Beeinträchtigung des Fahrkomforts durch Schallemissionen verringerbar ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Hinzufügen eines Zusatzlenkwinkels durch die Überlagerungseinheit umso mehr Leistung erfordert, je höher eine Drehzahl der etwa als Stellmotor ausgebildeten Antriebseinheit ist, beziehungsweise je höher das Moment ist, welches die Antriebseinheit aufzubringen hat.
Betriebszustände der Überlagerungseinheit, welche mit einer besonders hohen Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit einhergehen, sind also gegeben bei einer besonders hohen Spreizung zwischen einem mechanischen Übersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes und dem durch die Überlagerungseinheit einzustellenden Übersetzungsverhältnis. Wenn zu einem mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel ein besonders großer Zusatzlenkwinkel durch die Überlagerungseinheit hinzuzufügen ist, muss die Überlagerungseinheit eine besonders hohe Leistung erbringen.
Ebenso muss die Überlagerungseinheit eine besonders hohe Leistung erbringen, je höher die Winkelgeschwindigkeit ist, mit welcher der mittels der Lenkhandhabe vorgegebene Lenkwinkel eingestellt wird. Bei einem Ausfall und/oder einer Verminderung der Leistung eines Aggregates zum Bereitstellen einer Hilfskraft bei einem Lenkvorgang kann ebenso das durch die Antriebseinheit aufzubringende Überlagerungsmoment beim Hinzufügen des Zusatzlenkwinkels besonders hoch sein. Dementsprechend ist dann die durch die Überlagerungseinheit zu erbringende Leistung besonders hoch.
Auch können Kombinationen der beschriebenen Betriebszustände zu erhöhten Leistungsanforderungen an die Überlagerungseinheit führen.
Bei einer besonders hohen Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit kann es zu einer Überbeanspruchung der Antriebseinheit, zu akustischen Beeinträchtigungen des Fahrkomforts durch besonders hohe Schallemissionen der Überlagerungseinheit und, etwa bei einer über ein Fahrzeugbordnetz elektrisch betriebenen Antriebseinheit, zu einer Überlastung des Fahrzeugbordnetzes kommen.
Durch ein Verändern zumindest einer der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen, etwa durch Einstellen eines indirekteren Übersetzungsverhältnisses wird die Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit reduziert. Das Reduzieren der Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit kann hierbei sowohl in Abhängigkeit von einer nicht zu überschreitenden Leistungsgrenze der Überlagerungseinheit erfolgen, als auch in Abhängigkeit von einer der Überlagerungseinheit durch das Fahrzeugbordnetz tatsächlich oder absehbar zur Verfügung stellbaren Leistung.
Damit sind eine Überbeanspruchung der Antriebseinheit und, etwa im Falle einer mittels des Fahrzeugbordnetzes elektrisch betriebenen Antriebseinheit, eine Überlastung des Fahrzeugbordnetzes vermeidbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zu verändernde physikalische Größe des Zusatzlenkwinkels die Winkelgröße ist, wobei die Antriebseinheit als Stellmotor ausgebildet ist und wobei eine Drehzahl des Stellmotors in Abhängigkeit von der tatsächlichen oder zu erwartenden Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit begrenzbar ist.
Durch ein Begrenzen der Drehzahl des Stellmotors wird so dem mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel ein verminderter Zusatzlenkwinkel hinzugefügt. Dadurch ist die Spreizung zwischen dem mechanischen Übersetzungsverhältnis und dem durch die Überlagerungseinheit einzustellenden Übersetzungsverhältnis geringer, die Leistungsanforderung der Überlagerungseinheit somit reduziert und etwa eine akustische Beeinträchtigung des Fahrkomforts durch hohe Schallemissionen der Überlagerungseinheit ebenfalls verringert.
Der Lenkwinkel bis zum Erreichen eines Endanschlags der Lenkung erhöht sich hierbei um einen Differenzbetrag zwischen der aufgrund der Begrenzung der Drehzahl des Stellmotors verringerten Winkelgröße des durch die Überlagerungseinheit hinzugefügten, dem vorgegebenen Lenkwinkel gleichgerichteten Zusatzlenkwinkels und der Winkelgröße des Zusatzlenkwinkels, welcher ohne eine Begrenzung der Drehzahl des Stellmotors eingestellt worden wäre.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die zu verändernde physikalische Größe des Zusatzlenkwinkels die Winkelgeschwindigkeit ist, wobei mittels der Antriebseinheit und/oder mittels des Getriebes der dem mittels der Lenkhandhabe vorgebbaren Lenkwinkel pro Zeiteinheit hinzuzufügende Zusatzlenkwinkel veränderbar, insbesondere verringerbar ist. Das Überlagern des mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkels mit dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel dauert somit länger, was zu einer verringerten Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit führt. Der bis zum Erreichen des Endanschlags der Lenkung aufzubringende Lenkwinkel bleibt hierbei unverändert, jedoch wird der Hub des Spurstangen-Anlenkpunktes in Bezug auf den mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel zeitlich verzögert nachgeführt. Eine Überbeanspruchung der Überlagerungseinheit, eine akustische Beeinträchtigung des Fahrkomforts aufgrund von Schallemissionen durch die Überlagerungseinheit sowie eine Überbeanspruchung des Fahrzeugbordnetzes sind hierdurch vermeidbar.
Selbstverständlich ist es vorstellbar, die Winkelgröße des durch die Überlagerungseinheit hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkels in Kombination mit dem Verändern der Winkelgeschwindigkeit beim Hinzufügen des Zusatzlenkwinkels zu verändern, insbesondere zu verringern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mittels der wenigstens einen Erfassungseinrichtung eine von der Überlagerungseinheit tatsächlich oder absehbar angeforderte oder eine der Überlagerungseinheit tatsächlich oder absehbar zur Verfügung stehende Leistung erfassbar. Dadurch ist es ermöglicht, das Verändern zumindest einer der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen in Abhängigkeit von einer der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Größen und somit lediglich bedarfsabhängig umzusetzen.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Überlagerungseinheit dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem, insbesondere variabel definierbaren, Grenzwert der mittels der Erfassungseinrichtung erfassbaren Drehzahl, Schallemission und/oder Leistung der Überlagerungseinheit zumindest eine der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen zu verändern.
So kann bei einem tatsächlichen oder zu erwartenden Überschreiten des Grenzwertes etwa die Drehzahl der Antriebseinheit auf einen vorzugsweise vorgegebenen, variablen Wert begrenzt werden, wodurch sich ein indirekteres Übersetzungsverhältnis zwischen dem mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel und dem Hub des Spurstangen-Anlenkpunktes einstellt. Dieses verringerte Übersetzungsverhältnis liegt zwischen dem mechanischen Übersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes und dem Übersetzungsverhältnis, welches bei einem unverändert hinzugefügten Zusatzlenkwinkel durch die Überlagerungseinheit eingestellt worden wäre. Ebenso kann die Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit durch Verändern der Winkelgröße und/oder der Winkelgeschwindigkeit des hinzuzufügenden Lenkwinkels verringert werden, wenn etwa eine Überlastung des Fahrzeugbordnetzes eintritt oder absehbar ist.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Überlagerungseinheit dazu ausgelegt ist, dem mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel einen gleichgerichteten oder einen entgegengerichteten Zusatzlenkwinkel hinzuzufügen. Dadurch kann ein Übersetzungsverhältnis eingestellt werden, welches direkter oder indirekter ist als das mechanische Übersetzungsverhältnis.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn beim Verändern zumindest einer der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen eine Kennlinie und/oder ein, insbesondere eine Fahrgeschwindigkeit berücksichtigendes, Kennlinienfeld heranziehbar ist. So kann jedem Lenkvorgang ein Verlauf des Übersetzungsverhältnisses als Funktion des mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkels zugeordnet werden, welcher mit einer verminderte Leistungsanforderung der Überlagerungseinheit einhergeht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges mit einem Lenkgetriebe zum Umsetzen eines mittels einer Lenkhandhabe vorgebbaren Lenkwinkels in eine Verschiebebewegung einer zumindest einem lenkbaren Rad zugeordneten Spurstange und mit einem Aggregat zum Bereitstellen einer Hilfskraft bei einem Lenkvorgang eine Überlagerungseinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 auf, wobei die Überlagerungseinheit dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von der Größe der durch das Aggregat bereitgestellten Hilfskraft zumindest eine der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen zu verändern.
Dadurch ist eine Lenkvorrichtung geschaffen, mittels welcher bei einem Reduzieren der von dem Aggregat bei einem Lenkvorgang bereitgestellten Hilfskraft eine Beeinträchtigung des Fahrkomforts durch Schallemissionen der Überlagerungseinheit verringerbar ist. Eine reduzierte Leistung beziehungsweise ein Ausfall des Aggregates führt somit nicht zu einer erhöhten Leistungsanforderung der Überlagerungseinheit, wodurch auch eine Überbeanspruchung der Überlagerungseinheit und/oder eine Überlastung des Fahrzeugbordnetzes vermeidbar ist.
Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Überlagerungseinheit und der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten, soweit anwendbar, auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Überlagerungseinheit für eine hilfskraftunterstützte Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
1 einen ersten Verlauf von Übersetzungsverhältnissen in Abhängigkeit von einem mittels einer Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel bei einem Lenkvorgang aus einer Geradeausfahrstellung in einen rechten Lenkanschlag und aus dem rechten Endanschlag in einen linken Endanschlag; und
2 einen weiteren Verlauf des Übersetzungsverhältnisses bei einem Lenkvorgang aus der Geradeausfahrstellung in den rechten Endanschlag und von dem rechten Endanschlag in den linken Endanschlag.
In 1 ist ein Verlauf eines Übersetzungsverhältnisses i als Funktion eines Lenkwinkels φ_LR bei einem Lenkvorgang im Stand eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Ein beispielsweise durch eine Zahnteilung einer Zahnstange eines Lenkgetriebes vorgegebenes mechanisches Übersetzungsverhältnis i_mech ist in einer Geradeausfahrstellung 10, das heißt bei einem Lenkwinkel φ_LR von 0° indirekter als beim Vorgeben von Lenkwinkeln φ_LR größer Null. Ein indirekteres Übersetzungsverhältnis i bedeutet einen geringeren Hub eines Spurstangen-Anlenkpunktes an einem Lenkgetriebe des Kraftfahrzeuges je mittels einer Lenkhandhabe vorgegebenen Einheit des Lenkwinkels φ_LR. Bei der Lenkhandhabe kann es sich um ein Lenkrad oder dergleichen handeln, mittels welchem der Lenkwinkel φ_LR vorgebbar ist.
Vorliegend wird mittels einer Überlagerungseinheit einer hilfskraftunterstützten Lenkvorrichtung des Kraftfahrzeuges ein dem mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel φ_LR ein gleichgerichteter Zusatzlenkwinkel hinzugefügt. Ein durch die Überlagerungseinheit eingestelltes Übersetzungsverhältnis i_VSR ist direkter als das mechanische Übersetzungsverhältnis i_mech.
1 zeigt beim Durchlenken aus der Geradeausfahrstellung 10 in einen rechten Endanschlag 12 eine erste Grenzwertverletzung 14. Bei der ersten Grenzwertverletzung 14 kann es sich um ein Überschreiten einer Drehzahl, einer Schallemission und/oder eines Leistungsgrenzwertes der Überlagerungseinheit handeln. Der variabel definierbare Grenzwert ist hierbei so gewählt, dass bei seiner Einhaltung eine Überbeanspruchung einer Antriebseinheit und eines Getriebes der Überlagerungseinheit sowie eine Beeinträchtigung des Fahrkomforts durch hohe Schallemissionen der Überlagerungseinheit ebenso vermieden werden, wie eine Überlastung eines Fahrzeugbordnetzes, welches der Überlagerungseinheit Leistung zur Verfügung stellt.
Tritt die erste Grenzwertverletzung 14 ein oder ist die erste Grenzwertverletzung 14 zu erwarten, so wird die Drehzahl der Antriebseinheit auf einen Maximalwert begrenzt. Der Maximalwert der Drehzahl ist hierbei variabel festlegbar. Durch das Begrenzen der Drehzahl der Antriebseinheit auf den Maximalwert ist der Leistungsbedarf der Überlagerungseinheit vermindert. Zugleich wird dem Lenkwinkel φ_LR ein in der Winkelgröße verminderter, gleichgerichteter Zusatzlenkwinkel durch die Überlagerungseinheit hinzugefügt, und somit das Übersetzungsverhältnis i indirekter eingestellt.
Bei einer unveränderten Winkelgeschwindigkeit beim Vorgeben des Lenkwinkels φ_LR mittels der Lenkhandhabe wird so eine Hubgeschwindigkeit des Spurstangen-Anlenkpunktes an dem Lenkgetriebe vermindert. Dadurch wird vermieden, dass mehr als die zur Verfügung stehende Leistung des Fahrzeugbordnetzes durch die Überlagerungseinheit angefordert wird. Der Lenkwinkel φ_LR, welcher bis zum Erreichen des rechten Endanschlages 12 aufzubringen ist, vergrößert sich hierbei um einen Differenzbetrag zwischen dem tatsächlich und infolge der ersten Grenzwertverletzung 14 eingestellten Zusatzlenkwinkel und dem Zusatzlenkwinkel, welcher ohne die erste Grenzwertverletzung 14 dem Lenkwinkel φ_LR durch die Überlagerungseinheit hinzugefügt worden wäre.
Wird einer oder werden mehrere der Grenzwerte der Drehzahl, der Schallemission und/oder der von der Überlagerungseinheit tatsächlich oder absehbar angeforderten oder der Überlagerungseinheit tatsächlich oder absehbar zur Verfügung stehenden Leistung wieder unter- beziehungsweise überschritten oder ist ein Unter- beziehungsweise Überschreiten zu erwarten, wird das infolge der ersten Grenzwertverletzung 14 eingestellte Übersetzungsverhältnis beibehalten.
In 1 ist eine zweite Grenzwertverletzung 16 dargestellt, in deren Folge das Übersetzungsverhältnis i erneut indirekter eingestellt wird. Beim Zurücklenken aus dem rechten Endanschlag 12 in die Geradeausfahrstellung 10 wird das zuletzt eingestellte Übersetzungsverhältnis i beibehalten, sofern nicht ein weiterer Grenzwert verletzt wird, beziehungsweise mehrere Grenzwerte verletzt werden. Beim Erreichen der Geradeausfahrstellung 10 wird das zuletzt eingestellte, indirekte Übersetzungsverhältnis i wieder auf das direktere Übersetzungsverhältnis I_VSR zurückgesetzt, bei welchem dem Lenkwinkel φ_LR ein Zusatzlenkwinkel einer verhältnismäßig großen Winkelgröße hinzugefügt ist. Dieses vergleichsweise direkte Übersetzungsverhältnis i_VSR wird gemäß 1 beim Durchlenken aus der Geradeausfahrstellung 10 bis zum linken Endanschlag 18 beibehalten.
2 zeigt den Verlauf eines Übersetzungsverhältnisses i, bei welchem beim Durchlenken aus der Geradeausfahrstellung 10 bis zum rechten Endanschlag 12 keine Grenzwertverletzung auftritt. Das im Vergleich zum mechanischen Übersetzungsverhältnis i_mech indirektere Übersetzungsverhältnis i wird also mittels der Überlagerungseinheit in das direktere Übersetzungsverhältnis i_VSR überführt, bei welchem dem mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel φ_LR ein relativ großer Zusatzlenkwinkel hinzugefügt ist.
Beim Zurücklenken aus dem rechten Endanschlag 12 in die Geradeausfahrstellung 10 tritt gemäß 2 eine Grenzwertverletzung 20 auf. Daraufhin wird die Drehzahl der Antriebseinheit auf einen Maximalwert begrenzt, und ein im Verhältnis zum direkten Übersetzungsverhältnis i_VSR indirekteres Übersetzungsverhältnis i eingestellt. Beim Zurücklenken kann sich hierbei ein Schiefstand des Lenkrades ergeben, wobei die Winkelgröße des Schiefstandes dem Verringerungsbetrag des durch die Überlagerungseinheit hinzugefügten Zusatzlenkwinkels entsprechen kann.
Beim Durchlenken durch die Geradeausfahrstellung 10 kann dieser Schiefstand sprunghaft oder iterativ korrigiert werden. Gemäß dem Lenkvorgang der 2 kann das Übersetzungsverhältnis i beim Durchlenken durch die Geradeausfahrstellung 10 in den linken Endanschlag 18 durch eine sprunghafte Änderung 22 des Übersetzungsverhältnisses i auf das direkte Übersetzungsverhältnis i_VSR zurückgesetzt werden.
Alternativ kann mit dem Durchlenken durch die Geradeausfahrstellung 10 das direkte Übersetzungsverhältnis i_VSR durch ein iteratives beziehungsweise stetiges Ändern 24 des Übersetzungsverhältnisses i eingestellt werden, indem ein zunehmend direkteres Übersetzungsverhältnis durch die Überlagerungseinheit eingestellt wird.
Ebenso kann der Schiefstand des Lenkrads dadurch reduziert werden, dass bei unveränderter Größe des mittels der Überlagerungseinheit dem Lenkwinkel φ_LR hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkels, der Zusatzlenkwinkel mit einer verringerten Winkelgeschwindigkeit hinzugefügt wird. Der Hub des Spurstangen-Anlenkpunktes des Lenkgetriebes erfolgt hierbei zeitlich verzögert zu dem Vorgeben des Lenkwinkels φ_LR mittels der Lenkhandhabe.
Auch infolge des Verringerns der Winkelgeschwindigkeit beim Hinzufügen des Zusatzlenkwinkels zu dem mittels der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel φ_LR durch die Überlagerungseinheit verringert sich die durch die Überlagerungseinheit angeforderte Leistung. Dies geht mit einer geringeren Beeinträchtigung des Fahrkomforts durch Schallemissionen der Überlagerungseinheit, mit einer Vermeidung von Überbeanspruchungen der Überlagerungseinheit und mit einer Vermeidung einer Überlastung des Fahrzeugbordnetzes einher. Die Überlagerungseinheit kann dadurch kleiner dimensioniert werden und beansprucht weniger Bauraum. Zusätzlich können ein verringertes Gewicht und eine geringere Leistungsanforderung der Überlagerungseinheit zu Verbrauchsminderungen einer Verbrennungskraftmaschine oder einer andersartigen Antriebseinheit des Kraftfahrzeuges führen.
Ein Bereich 26 zwischen dem mechanischen Übersetzungsverhältnis i_mech und dem direkten Übersetzungsverhältnis i_VSR ist in 1 und 2 exemplarisch und vereinfacht für einen Lenkvorgang im Stand des Kraftfahrzeuges wiedergegeben. Unterschiedliche Lenkvorgänge können durch unterschiedliche Kennlinien in dem Bereich 26 wiedergegeben werden. Die Gestalt des Bereiches 26 ist zudem abhängig von einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges.
Lenkvorgänge, welche durch ein Verändern einer physikalischen Größe des dem Lenkwinkel φ_LR hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkels mittels der Überlagerungseinheit gekennzeichnet sind, sind auch für jeweils verschiedene Fahrgeschwindigkeiten durch Kennlinien darstellbar. Die Lenkvorgänge sind somit durch ein Kennlinienfeld beschreibbar, welches durch das im Vergleich zu dem mechanischen Übersetzungsverhältnis i_mech direktere Übersetzungsverhältnis i_VSR, den Lenkwinkel φ_LR und die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges bestimmt ist.
Selbstverständlich ist es möglich, die bei den Grenzwertverletzungen 14, 16, 20 dargestellten Änderungen des Übersetzungsverhältnisses i nicht sprunghaft erfolgen zu lassen, wie vorliegend dargestellt, sondern einen Übergang zu einem Kennlinienbereich mit einem veränderten Übersetzungsverhältnis i stetig zu gestalten.
Ebenso kann es vorgesehen sein, beim Verringern der Winkelgröße des durch die Überlagerungseinheit hinzugefügten Zusatzlenkwinkels infolge der Grenzwertverletzung 14, 16, 20 durch Begrenzen der Drehzahl der Antriebseinheit auf einen Maximalwert das indirektere Übersetzungsverhältnis i nicht dauerhaft einzustellen. Stattdessen kann bei einem tatsächlichen oder zu erwartenden Unterschreiten eines Grenzwerts oder mehrerer Grenzwerte der verminderte Betrag der Winkelgröße des hinzugefügten Lenkwinkels zeitlich verzögert mittels der Überlagerungseinheit eingestellt werden.
Eine weitere Ausführungsform ergibt sich dadurch, dass nicht nur der Lenkwinkel sondern auch das Lenkmoment erfasst und übertragen wird. Diese Übertragung kann mechanisch und elektromechanisch erfolgen, Extreme Lenkmanöver können dann zur Folge haben, dass der Einfluss der Überlagerungseinheit abnimmt um einer Überlastung der Überlagerungseinheit entgegenzuwirken.
Falls das benötigte Haltemoment am Lenkgetriebe so groß ist, dass die Überlagerungseinheit, insbesondere der Elektromotor bei der Übertragung des Lenkmoments in Mitleidenschaft gezogen werden könnte, reduziert das System das Haltemoment am Lenkgetriebe. Hierbei kann die Reduzierung des Haltemoments dadurch erfolgen, dass die Lenkübersetzung indirekter eingestellt wird oder entsprechend weniger zu übertragen.
Weiterhin kann ein solches System auch vorübergehend im Bereich der Überlagerungseinheit mechanisch verriegelt werden, wodurch das maximale Haltemoment erhöht werden kann ohne die Überlagerungseinheit zu beschädigen. Dadurch kann auch die Verfügbarkeit einer Überlagerungslenkung bei extremen Situationen sichergestellt werden.

Claims

Überlagerungseinheit für eine hilfskraftunterstützte Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges und zum Hinzufügen eines Zusatzlenkwinkels zu einem mittels einer Lenkhandhabe vorgebbaren Lenkwinkel (φ_LR) mit – einem Getriebe und – einer Antriebseinheit zum Antreiben des Getriebes, wobei dem Zusatzlenkwinkel als physikalische Größen eine Winkelgröße und eine Winkelgeschwindigkeit zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungseinheit dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer tatsächlichen oder zu erwartenden Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit zumindest eine der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen zu verändern und so die Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit zu reduzieren, wobei wenigstens eine Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher eine Drehzahl, eine Schallemission und/oder eine Leistung der Überlagerungseinheit erfassbar ist.
Überlagerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verändernde physikalische Größe des Zusatzlenkwinkels die Winkelgröße ist, wobei die Antriebseinheit als Stellmotor ausgebildet ist und wobei eine Drehzahl des Stellmotors in Abhängigkeit von der tatsächlichen oder zu erwartenden Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit begrenzbar ist.
Überlagerungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verändernde physikalische Größe des Zusatzlenkwinkels die Winkelgeschwindigkeit ist, wobei mittels der Antriebseinheit und/oder mittels des Getriebes der dem mittels der Lenkhandhabe vorgebbaren Lenkwinkel (φ_LR) pro Zeiteinheit hinzuzufügende Zusatzlenkwinkel veränderbar, insbesondere verringerbar, ist.
Überlagerungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der wenigstens einen Erfassungseinrichtung eine von der Überlagerungseinheit tatsächlich oder absehbar angeforderte oder eine der Überlagerungseinheit tatsächlich oder absehbar zur Verfügung stehende Leistung erfassbar ist.
Überlagerungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungseinheit dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem, insbesondere variabel definierbaren, Grenzwert der mittels der Erfassungseinrichtung erfassbaren Drehzahl, Schallemission und/oder Leistung der Überlagerungseinheit zumindest eine der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen zu verändern.
Überlagerungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungseinheit dazu ausgelegt ist, dem mittels der Lenkhandhabe vorgebbaren Lenkwinkel (φ_LR) einen gleichgerichteten oder einen entgegengerichteten Zusatzlenkwinkel hinzuzufügen.
Überlagerungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verändern zumindest einer der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen eine Kennlinie und/oder ein, insbesondere eine Fahrgeschwindigkeit berücksichtigendes, Kennlinienfeld heranziehbar ist.
Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges mit – einem Lenkgetriebe zum Umsetzen eines mittels einer Lenkhandhabe vorgebbaren Lenkwinkels in eine Verschiebebewegung einer zumindest einem lenkbaren Rad zugeordneten Spurstange, – einem Aggregat zum Bereitstellen einer Hilfskraft bei einem Lenkvorgang, und – einer Überlagerungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungseinheit dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von der Größe der durch das Aggregat bereitgestellten Hilfskraft zumindest eine der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalische Größen zu verändern.
Verfahren zum Betreiben einer Überlagerungseinheit für eine hilfskraftunterstützte Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges und zum Hinzufügen eines Zusatzlenkwinkels zu einem mittels einer Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel (φ_LR), wobei die Überlagerungseinheit – ein Getriebe und – ein Antriebseinheit zum Antreiben des Getriebes umfasst, und wobei dem Zusatzlenkwinkel als physikalische Größen eine Winkelgröße und eine Winkelgeschwindigkeit zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wenigstens einer Erfassungseinrichtung eine Drehzahl, eine Schallemission und/oder eine Leistung der Überlagerungseinheit erfasst wird, wobei bei einem tatsächlichen oder zu erwartenden Überschreiten zumindest eines Grenzwertes der Drehzahl, der Schallemission und/oder eines Leistungsgrenzwertes der Überlagerungseinheit zumindest eine der dem hinzuzufügenden Zusatzlenkwinkel zugeordneten physikalischen Größen verändert und so die Leistungsanforderung an die Überlagerungseinheit reduziert wird.