DE102009011853A1

DE102009011853A1 - Elektrische Servolenkungssysteme für Fahrzeuge mit einstellbaren Drehstabfedern und Verfahren zum Nachrüsten von elektrischen Servolenkungssystemen für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102009011853A1
Application number: DE102009011853A
Authority: DE
Inventors: Richard W. Ann Arbor Topping
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2029-03-06
Also published as: US7810606B2; US20090229909A1; DE102009011853B4; US20100326763A1; CN101531206A; CN101531206B

Abstract

Ein elektrisches Servolenkungssystem für ein Fahrzeug umfasst eine Drehstabfeder, einen Controller und einen Elektromotor. Der Controller ist mit der Drehstabfeder gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass er ein Einstellen der Steifigkeit der Drehstabfeder zumindest teilweise auf der Grundlage eines Parameters, der den Betrieb des Fahrzeugs betrifft, zumindest ermöglicht, und dass er ein Lenkungsunterstützungssignal zumindest teilweise auf der Grundlage einer Verbiegung oder einer Verformung der Drehstabfeder oder eines Drehmoments, das von der Drehstabfeder übertragen wird, erzeugt. Der Elektromotor ist mit dem Controller gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass er von diesem das Lenkungsunterstützungssignal empfängt und ein Umsetzen des Lenkungsunterstützungssignals zumindest ermöglicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuge, und sie betrifft insbesondere elektrische Servolenkungssysteme für Fahrzeuge mit einstellbaren Drehstabfedern und Verfahren zum Nachrüsten von elektrischen Servolenkungssystemen für Fahrzeuge.
HINTERGRUND
Elektrische Servolenkungssysteme für Fahrzeuge verwenden allgemein einen Elektromotor, um eine unterstützende oder aktive Bewegung der Straßenvorderräder zur Verringerung des Lenkradkraftaufwands für Fahrer der Fahrzeuge bereitzustellen. Einige elektrische Servolenkungssysteme, die allgemein als geschwindigkeitsempfindliche elektrische Servolenkungssysteme bezeichnet werden, modulieren den Betrag an Lenkungsunterstützung auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, verringert ein geschwindigkeitsempfindliches elektrisches Servolenkungssystem typischerweise den Strom des Elektromotors, um dadurch die Lenkungsunterstützung in Ansprechen auf die erhöhte Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern. Wenn Lenklasten jedoch zunehmen, kann dies zu einer verringerten Genauigkeit des elektrischen Servolenkungssystems führen, zum Beispiel als Folge zu nehmender Verbiegungen einer Drehstabfeder des elektrischen Servolenkungssystems.
Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes elektrisches Servolenkungssystem zu schaffen, das zum Beispiel eine erhöhte Präzision bereitstellt, wenn etwa Lenklasten erhöht werden. Darüber hinaus werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachstehenden genauen Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und diesem Hintergrund der Erfindung offenbar werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenkungssystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das elektrische Servolenkungssystem umfasst eine Drehstabfeder, einen Controller und einen Elektromotor. Der Controller ist mit der Drehstabfeder gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass er das Einstellen einer Steifigkeit der Drehstabfeder und das Erzeugen eines Lenkungsunterstützungssignals zumindest teilweise auf der Grundlage einer Verbiegung oder einer Verformung der Drehstabfeder oder eines Drehmoments, das durch die Drehstabfeder übertragen wird, zumindest ermöglicht. Der Elektromotor ist mit dem Controller gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass er das Lenkungsunterstützungssignal von diesem empfängt und dass er ein Umsetzen des Lenkungsunterstützungssignals zumindest ermöglicht.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Nachrüsten eines elektrischen Servolenkungssystems für ein Fahrzeug bereitgestellt, wobei das elektrische Servolenkungssystem eine Drehstabfeder, einen Controller, der so ausges taltet ist, dass er ein Lenkungsunterstützungssignal zumindest teilweise auf der Grundlage einer Verbiegung oder einer Verformung der Drehstabfeder oder eines Drehmoments, das von der Drehstabfeder übertragen wird, erzeugt, und einen Elektromotor umfasst, der mit dem Controller gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass er von diesem das Lenkungsunterstützungssignal empfängt und ein Umsetzen des Lenkungsunterstützungssignals zumindest ermöglicht. Das Verfahren umfasst die Schritte, dass das elektrische Servolenkungssystem beschafft wird und der Controller so umkonfiguriert wird, dass er ferner so ausgestaltet ist, dass er das Einstellen einer Steifigkeit der Drehstabfeder zumindest teilweise auf der Grundlage eines Parameters ermöglicht, der den Betrieb des Fahrzeugs betrifft.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenkungssystem für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad und mehreren Straßenrädern bereitgestellt. Das elektrische Servolenkungssystem umfasst eine Lenksäule, eine Drehstabfeder, eine Ritzelwelle, eine Zahnstange, ein Steuerungsritzel, eine Detektionseinheit, einen Controller, eine Drehstabfeder-Einstellvorrichtung und einen Elektromotor. Die Lenksäule ist so ausgestaltet, dass sie mit dem Lenkrad gekoppelt ist und dadurch drehend bewegt werden kann. Die Drehstabfeder ist mit der Lenksäule gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass sie bei einer Drehbewegung der Lenksäule ein Drehmoment von dieser empfängt. Die Ritzelwelle ist zwischen die Drehstabfeder und die mehreren Straßenräder gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass sie sich zumindest teilweise auf der Grundlage des Drehmoments, das durch die Drehstabfeder übertragen wird, drehend bewegt. Die Zahnstange ist zwischen die Ritzelwelle und die mehreren Straßenräder gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass sie sich zumindest teilweise auf der Grundlage einer Drehbewegung der Ritzelwelle bewegt und dadurch eine Positionsände rung der mehreren Straßenräder zumindest vereinfacht. Das Steuerungsritzel ist zwischen die Ritzelwelle und die Zahnstange gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass es eine Bewegung der Zahnstange zumindest ermöglicht. Die Detektionseinheit ist mit der Drehstabfeder gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass sie eine Verbiegung oder eine Verformung der Drehstabfeder oder ein Drehmoment, das von der Drehstabfeder übertragen wird, detektiert und dass sie ein dazugehöriges Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignal erzeugt. Der Controller ist mit der Detektionseinheit gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass er das Empfangen des Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignals von der Detektionseinheit, das Erzeugen eines Drehstabfeder-Einstellsignals zumindest teilweise auf der Grundlage eines Parameters, der den Betrieb des Fahrzeugs betrifft, und das Erzeugen eines Lenkungsunterstützungssignals zumindest teilweise auf der Grundlage des Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignals zumindest ermöglicht. Die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung ist zwischen den Controller und die Drehstabfeder gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass sie die Steifigkeit der Drehstabfeder entsprechend dem Drehstabfeder-Einstellsignal einstellt. Der Elektromotor ist mit dem Controller gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass er das Lenkungsunterstützungssignal von diesem empfangt und dass er ein Umsetzen des Lenkungsunterstützungssignals zumindest ermöglicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und:
1 eine schematische Zeichnung eines elektrischen Servolenkungssystems für ein Fahrzeug ist, das eine Lenk säule, eine Drehstabfeder, eine Detektionseinheit, einen Controller, eine Drehstabfeder-Einstellvorrichtung und einen Elektromotor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 eine schematische Zeichnung eines Abschnitt des elektrischen Servolenkungssystems von 1 ist, die die Drehstabfeder, die Detektionseinheit und die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung desselben gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Nachrüsten eines elektrischen Servolenkungssystems eines Fahrzeugs ist, um eine aktive Drehstabfeder einzubauen, wie etwa in dem elektrischen Servolenkungssystem von 1, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende genaue Beschreibung der Erfindung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung zu beschränken. Darüber hinaus ist es nicht beabsichtigt, durch irgendeine Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden Hintergrund der Erfindung oder der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung dargestellt ist.
1 ist eine schematische Zeichnung eines elektrischen Servolenkungssystems 100 für ein Fahrzeug mit Straßenrädern 101 und einem Lenkrad 102 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das elektrische Servolenkungssystem 100 umfasst eine Lenksäule 104, eine Drehstabfeder 106, einen Controller 108 und einen Elektromotor 109. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst das elektrische Servolenkungssystem 100 auch eine Ritzelwelle 110, ein Steuerungsritzel 111, ein Unterstützungsritzel 112, eine Zahnstange 113, Spurstangen 114, eine Motorwelle 115, eine Detektionseinheit 116 und eine Drehstabfeder-Einstellvorrichtung 118.
Die Lenksäule 104 ist mit dem Lenkrad 102 gekoppelt und kann durch dieses drehend bewegt werden. Die Lenksäule 104 ist so ausgestaltet, dass sie eine Bewegung der Straßenräder 101 zumindest teilweise auf der Grundlage einer Bewegung des Lenkrads 102 zumindest ermöglicht.
Die Drehstabfeder 106 ist mit der Lenksäule 104 gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass sie bei einer Drehbewegung der Lenksäule 104 ein Drehmoment von dieser empfängt. In Verbindung mit der Drehstabfeder-Einstellvorrichtung 118 und dem Controller 108 ist die Drehstabfeder 106 eine aktive Drehstabfeder, deren Steifigkeit mit Hilfe des Controllers 108 einstellbar ist, zum Beispiel auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Fahrzeugbeschleunigung, einer Lenkradauslenkung, einer Lenkungslast und/oder weiterer Parameter oder Bedingungen. Wie in 1 dargestellt ist, sind die Drehstabfeder 106, die Detektionseinheit 116 und die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung 118 zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse 105 untergebracht. Dies kann jedoch bei anderen Ausführungsformen abweichen.
Die Ritzelwelle 110 ist zwischen die Drehstabfeder 106 und die mehreren Straßenräder 101 gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass sie sich zumindest teilweise auf der Grundlage des Drehmoments drehend bewegt. Ins besondere ist bei der dargestellten Ausführungsform die Ritzelwelle 110 zwischen die Drehstabfeder 106 und das Steuerungsritzel 111 gekoppelt. Die Ritzelwelle 110 ist so ausgestaltet, dass sie sich zumindest teilweise auf der Grundlage des zuvor erwähnten Drehmoments drehend bewegt und dadurch letztlich die Position der Straßenräder 101 über das Steuerungsritzel 111, die Zahnstange 113 und die Spurstangen 114 beeinflusst. Insbesondere empfangt die Ritzelwelle 110 bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Drehmoment von der Drehstabfeder 106, das aus dem zuvor erwähnten Drehmoment resultiert, welches der Drehstabfeder 106 über die Lenksäule 104 geliefert wird, und bewegt sich drehend in Ansprechen darauf. Die Drehbewegung der Ritzelwelle 110 wiederum betätigt das Steuerungsritzel 111, welches wiederum eine Bewegung der damit gekoppelten Zahnstange 113 verursacht, die wiederum eine Bewegung der damit gekoppelten Spurstangen 114 bewirkt und welche schließlich die Position der damit gekoppelten Straßenräder 101 beeinflusst.
Die Zahnstange 113 ist zwischen die Ritzelwelle 110 und die mehreren Straßenräder 101 gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass sie sich zumindest teilweise auf der Grundlage einer Drehbewegung der Ritzelwelle 110 bewegt und dadurch das Verändern einer Position der mehreren Straßenräder 101 zumindest ermöglicht. Das Steuerungsritzel 111 ist zwischen die Ritzelwelle 110 und die Zahnstange 113 gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass es eine Bewegung der Zahnstange 113 zumindest teilweise auf der Grundlage einer Bewegung der Ritzewelle 110 zumindest ermöglicht. Die Spurstangen 114 sind zwischen die Zahnstange 113 und die Straßenräder 101 gekoppelt und sind so ausgestaltet, dass sie eine Bewegung der Straßenräder 101 zumindest teilweise auf der Grundlage einer Bewegung der Zahnstange 113 zumindest ermöglichen.
Der Controller 108 ist mit dem Elektromotor 109 gekoppelt und er ist auch mit der Drehstabfeder 106 direkt oder indirekt gekoppelt. Der Controller 108 ist so ausgestaltet, dass er ein Einstellen der Drehstabfeder 106 zumindest teilweise auf der Grundlage eines Parameters, der den Betrieb des Fahrzeugs betrifft, zumindest ermöglicht. Bei einer beispielhaften Ausführungsform stellt der Controller 108 die Steifigkeit der Drehstabfeder 106 ein. Der Controller 108 ist ferner so ausgestaltet, dass er ein Lenkungsunterstützungssignal 120 zumindest teilweise auf der Grundlage einer Verbiegung oder einer Verformung der Drehstabfeder 106 oder eines Drehmoments, das von der Drehstabfeder 106 übertragen wird, erzeugt und dass er das Lenkungsunterstützungssignal 120 an den Elektromotor 109 überträgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Controller 108 ferner mit der Detektionseinheit 116 und der Drehstabfeder-Einstellvorrichtung 118 gekoppelt. Der Controller 108 ist derart ausgestaltet, dass er ein Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignal 122 von der Detektionseinheit 116 empfängt. Der Controller 108 ist ferner so ausgestaltet, dass er das Lenkungsunterstützungssignal 120 zumindest teilweise auf der Grundlage des Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignals 122 erzeugt. Wenn zum Beispiel eine Erhöhung der Lenkungslast für das elektrische Servolenkungssystem 100 auftritt, liefert der Controller 108 bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Anweisungen zur Einstellung des Lenkungsunterstützungssignals 120, um den Lenkungskraftaufwand zu verringern und um die Lenkungspräzision und das Fahrgefühl für einen Fahrer des Fahrzeugs zu verbessern.
Auch erzeugt der Controller 108 bei einer bevorzugten Ausführungsform das Lenkungsunterstützungssignal 120 nicht nur auf der Grundlage des Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignals 122, sondern auch auf der Grundlage eines oder mehrerer zusätzlicher Parameter mit Bezug auf den Betrieb des Fahrzeugs. Zum Beispiel erzeugt der Controller 108 bei einer derartigen Ausführungsform das Lenkungsunterstützungssignal 120 auf der Grundlage des Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignals 122 und auch auf der Grundlage von Werten einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Fahrzeugbeschleunigung und/oder einer Auslenkung des Lenkrads 102, welche der Controller 108 von einem oder mehreren nicht dargestellten Sensoren und/oder anderen Quellen empfangen kann. Dies ermöglicht einen weiter verbesserten Lenkungskraftaufwand und eine weiter verbesserte Lenkungspräzision, beispielsweise wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeugbeschleunigung und/oder die Lenkradauslenkung zunehmen und/oder Lenkungslasten zunehmen.
Der Controller 108 kann derartige Werte der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeugbeschleunigung und/oder der Auslenkung des Lenkrads 102 bei einer bevorzugten Ausführungsform als ein oder mehrere Signale von einem oder mehreren nicht dargestellten Signalen, Übertragern und/oder anderen Quellen empfangen. Dies kann jedoch bei anderen Ausführungsformen anders sein. Zudem können sich bei der Verwendung hierin die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugbeschleunigung auf eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Geschwindigkeits- und Beschleunigungsarten beziehen, die an oder mit Bezug zu dem Fahrzeug gemessen werden und/oder in Verbindung mit diesem anderweitig verwendet werden. Zudem können neben weiteren möglichen Variationen bei verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch andere Parameter verwendet werden.
Der Controller 108 überträgt das Lenkungsunterstützungssignal 120 zur Umsetzung an den Elektromotor 109. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst das Lenkungsunterstützungssignal 120 Anweisungen für den Elektromotor 109, wie etwa einen elektrischen Sollstrom, um den Lenkungskraftaufwand für den Fahrer des Fahrzeugs zu verringern, der beispielsweise zu einer gewünschten Betätigung des Unterstützungsritzels 112 führt, um letztlich den Lenkungskraftaufwand an dem Lenkrad 102 zu beeinflussen und die Straßenräder 101 in einer gewünschten Weise zu positionieren. Auf ähnliche Weise kann das Lenkungsunterstützungssignal 120 Anweisungen umfassen, wie etwa einen elektrischen Sollstrom, der direkt oder indirekt zu einer gewünschten Betätigung des Steuerungsritzels 111 führt, und/oder eine oder mehrere weitere Arten von Anweisungen, um letztlich das Positionieren der Straßenräder 101 auf eine gewünschte Weise zu beeinflussen.
Zudem wird bei einer bevorzugten Ausführungsform durch den Controller 108 die Einstellung der Steifigkeit der Drehstabfeder 106 über ein Drehstabfeder-Einstellsignal 124 zumindest ermöglicht, das an die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung übertragen wird, welche in 2 dargestellt und nachstehend in Verbindung damit beschrieben ist, welche die Steifigkeit der Drehstabfeder 106 auf der Grundlage des Drehstabfeder-Einstellsignals 124 einstellt. Bei einer derartigen Ausführungsform umfasst das Drehstabfeder-Einstellsignal 124 Anweisungen bezüglich einer gewünschten Einstellung für die Drehstabfeder 106. Das Drehstabfeder-Einstellsignal 124 kann auch an eine weitere nicht dargestellte Einheit oder Einrichtung übertragen werden, welche die gleiche Funktion ausführt. Bei der dargestellten Ausführungsform wandert das Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignal 122 von der Detektionseinheit 116 in die Richtung des Pfeils, der in 1 das Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignal 122 darstellt, zu dem Controller 108 hin.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Controller 108 das Drehstabfeder-Einstellsignal 124 auf der Grundlage eines oder mehrerer Parameter, welche den Betrieb des Fahrzeugs betreffen. Zum Beispiel erzeugt der Controller 108 bei einer derartigen Ausführungsform das Drehstabfeder-Einstellsignal 124 auf der Grundlage von Werten der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeugbeschleunigung und/oder der Auslenkung des Lenkrads 102, welche der Controller 108, wie zuvor erwähnt, von einem oder mehreren nicht dargestellten Sensoren und/oder anderen Quellen empfangen kann. Auch andere Parameter können verwendet werden. Der Controller 108 überträgt das Drehstabfeder-Einstellsignal 124 an die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung 118. Es ist festzustellen, dass die in Verbindung mit dem Lenkungsunterstützungssignal 120 verwendeten Parameter sich von denjenigen unterscheiden können, die in Verbindung mit dem Drehstabfeder-Einstellsignal 124 verwendet werden.
Der Elektromotor 109 ist mit dem Controller 108 gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass er von diesem das Lenkungsunterstützungssignal 120 empfängt und dass er eine Umsetzung des Lenkungsunterstützungssignals 120 zumindest ermöglicht. Bei einer in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor 109 mit der Zahnstange 113 gekoppelt. Zum Beispiel kann der Elektromotor 109 mit der Zahnstange 113 über das Unterstützungsritzel 112 über die zuvor erwähnte Motorwelle 115 gekoppelt sein und kann dadurch das Lenkungsunterstützungssignal 120 umsetzen. Insbesondere erzeugt der Elektromotor 109 einen elektrischen Strom, der von einer externen Spannungsquelle, etwa einer nicht dargestellten Batterie, stammt. Der Strom bewirkt eine Drehbewegung der Motorwelle 115, die zu einer Betätigung des Unterstützungsritzels 112 auf eine gewünschte Weise führt. Der Strom basiert auf Anweisungen die über das Lenkungsunterstützungssignal 120 empfangen werden. Die Betätigung des Unterstützungsritzels 112 wiederum bewirkt eine Verringerung beim Lenkungskraftaufwand auf eine gewünschte Weise, welchen der Fahrer benötigt. Der Elektromotor 109 kann auch über eine oder mehrere weitere Techniken anderweitig mit der Zahnstange 113 gekoppelt sein, um auf eine gewünschte Weise eine Verringerung beim Lenkungskraftaufwand zu bewirken, den der Fahrer benötigt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform schwankt der Betrag an elektrischem Strom des Elektromotors 109 auf der Grundlage der Anweisungen, die in dem Lenkungsunterstützungssignal 120 bereitgestellt werden, welches wiederum von dem Sollbetrag an Lenkungsunterstützung abhängt, der durch den Controller 108 bestimmt wird. Der Betrag an elektrischem Strom des Elektromotors 109 beeinflusst wiederum den Betrag an Drehmoment, der durch die Motorwelle 115 übertragen wird, und beeinflusst entsprechend den Betrag an Lenkungsunterstützung, der gemäß den Anweisungen des Lenkungsunterstützungssignals 120 bereitgestellt wird.
Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor 109 entweder direkt oder indirekt mit der Lenksäule 104 gekoppelt. Bei dieser Ausführungsform sind die Drehstabfeder 106, die Drehstab-Einstellvorrichtung 118 und die Detektionseinheit 116 zwischen dem Elektromotor 109 und dem Lenkrad 102 anders angeordnet. Wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform liefert das Drehmoment von dem Elektromotor 109 eine Lenkungsunterstützung gemäß den Anweisungen des Lenkungsunterstützungssignals 120. Bei dieser Ausführungsform wird aber das Unterstützungsdrehmoment auf die Lenksäule 104 statt auf die Zahnstange 113 aufgebracht.
Die Detektionseinheit 116 ist zwischen die Drehstabfeder 106 und den Controller 108 gekoppelt. Die Detektionseinheit 116 ist so ausgestaltet, dass sie eine Verbiegung oder eine Verformung der Drehstabfeder 106 oder ein Drehmoment, das durch die Drehstabfeder 106 übertragen wird, detektiert, dass sie das oben erwähnte zugehörige Verbiegungs-, Verfor mungs- oder Drehmomentsignal 122 erzeugt, und dass sie das Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignal 122 an den Controller 108 überträgt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Detektionseinheit 116 zusammen mit der Drehstabfeder untergebracht sein, wie in 2 dargestellt ist. Dies kann jedoch bei anderen Ausführungsformen anders sein. Wie nachstehend in Verbindung mit 2 beschrieben wird, kann die Detektionseinheit 116 bei einigen bevorzugten Ausführungsformen eines oder mehrere der folgenden Elemente umfassen: einen Auslenkungsmessfühler, einen Verformungsmessfühler und/oder einen Drehmomentmessfühler. Eine detailliertere Zeichnung einer beispielhaften Ausführungsform der Detektionseinheit 116 ist in 2 bereitgestellt und wird nachstehend in Verbindung damit beschrieben.
Die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung 118 ist zwischen den Controller 108 und die Drehstabfeder 106 gekoppelt. Die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung 118 ist so ausgestaltet, dass sie die Steifigkeit der Drehstabfeder 106 gemäß dem Drehstabfeder-Einstellsignal 124 einstellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Drehstabfeder-Einstelleinheit 188 zwei oder mehr nicht dargestellte Scheiben an jedem Ende der Drehstabfeder 106, welche die Steifigkeit in der Drehstabfeder 106 durch ein zwischen diesen herrschendes Drehmoment einstellen, welches durch einen elektrischen Strom verursacht wird. Dies kann jedoch bei anderen Ausführungsformen anders sein. Zum Beispiel kann die Drehstabfeder-Einstelleinheit 188 bei verschiedenen weiteren Ausführungsformen einen oder mehrere elektromagnetische, elektromechanische, hydromechanische und/oder andere Typen von Einrichtungen umfassen, die als ein Versteifungsmechanismus dienen, der über die Länge der Drehstabfeder 106 wirkt. Auch können bei gewissen Ausführungsformen die Drehstabfeder-Einstelleinheit 118 und/oder die Detektionseinheit 116 Teil der gleichen Einheit sein und/oder sie können Teil des Controllers 108 sein.
Es ist festzustellen, dass es bei einigen Ausführungsformen sein kann, dass eine oder mehrere der dargestellten Komponenten des elektrischen Servolenkungssystems 100 nicht notwendig sind. Zum Beispiel ist bei den alternativen Ausführungsformen, die direkt zuvor beschrieben wurden, das Unterstützungsritzel 112 nicht notwendig, weil der Elektromotor 109 die gewünschte Lenkungsunterstützung stattdessen über die Lenksäule 104 und das Steuerungsritzel 111 bereitstellt. Auf ähnliche Weise ist festzustellen, dass, obwohl das elektrische Servolenkungssystem 100 so gezeigt ist, dass es in Verbindung mit einem Zahnstangen- und Ritzel-Lenkungssystem umgesetzt ist, das elektrische Servolenkungssystem 100 bei anderen Ausführungsformen stattdessen in Verbindung mit einem Kugelumlauflenkungssystem und/oder einem anderen Systemtyp umgesetzt sein kann.
2 ist eine schematische Zeichnung eines Abschnitts des elektrischen Servolenkungssystems 100 von 1, welche die Lenksäule 104 und die Drehstabfeder 106 zusammen mit der Ritzelwelle 110, der Detektionseinheit 116 und der Drehstabfeder-Einstellvorrichtung 118 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Detektionseinheit 116 einen Messfühler 206. Der Messfühler 206 ist so ausgestaltet, dass er das vorstehend erwähnte Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignal 122 auf der Grundlage der Relativbewegung erzeugt, die von dem Messfühler 206 detektiert wird. Dies kann jedoch bei anderen Ausführungsformen anders sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Messfühler 206 einen Verformungsmessfühler, der so ausgestaltet ist, dass er eine Verformung in der Drehstabfeder 106 detektiert. Bei einer weiteren bevorzugten Aus führungsform umfasst der Messfühler 206 einen Auslenkungsmessfühler, der so ausgestaltet ist, dass er die Torsionsverbiegung der Drehstabfeder 106 detektiert. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Messfühler 206 einen Drehmomentmessfühler, der so ausgestaltet ist, dass er ein Drehmoment detektiert, das von der Drehstabfeder 106 übertragen wird. Bei noch weiteren Ausführungsformen können vielfältige Messfühler 206 von entweder dem gleichen Typ oder unterschiedlichen Typen verwendet werden. Wie vorstehend genauer beschrieben wurde, beeinflusst das Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignal 122 die Lenkungsunterstützung des Fahrzeugs, zum Beispiel, indem es das Lenkungsunterstützungssignal 120 beeinflusst, das vorstehend in Verbindung mit 1 beschrieben wurde.
Die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung 118 ist zwischen den Controller 108 von 1 (in 2 nicht dargestellt) und die Drehstabfeder 106 gekoppelt. Die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung 118 ist so ausgestaltet, dass sie das Drehstabfeder-Einstellsignal 124 empfängt und die Steifigkeit der Drehstabfeder 106 in Übereinstimmung damit einstellt. Wie vorstehend erwähnt umfasst die Drehstabfeder-Einstelleinheit 188 bei einer bevorzugten Ausführungsform zwei oder mehr nicht dargestellte Scheiben an jedem Ende der Drehstabfeder 106, welche die Steifigkeit in der Drehstabfeder 106 durch ein zwischen diesen herrschendes Drehmoment einstellen, welches durch einen elektrischen Strom verursacht wird. Dies kann jedoch bei anderen Ausführungsformen anders sein. Zum Beispiel kann die Drehstabfeder-Einstelleinheit 188 bei verschiedenen weiteren Ausführungsformen einen oder mehrere elektromagnetische, elektromechanische, hydromechanische und/oder andere Typen von Einrichtungen umfassen. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung 118 Teil des Controllers 108 von 1 sein.
3 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses 300 zum Nachrüsten eines elektrischen Servolenkungssystems eines Fahrzeugs, um eine aktive Drehstabfeder einzubauen, wie etwa in dem elektrischen Servolenkungssystem 100 von 1, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 dargestellt ist, beginnt der Prozess 300 mit dem Schritt des Beschaffens eines elektrischen Servolenkungssystems für ein Fahrzeug (Schritt 302). Das in Schritt 302 beschaffte elektrische Servolenkungssystem ist vorzugsweise ein typisches elektrisches Servolenkungssystem mit einer nicht einstellbaren Drehstabfeder, mit einem Controller, der so ausgestaltet ist, dass er eine Verbiegung oder Verformung der Drehstabfeder oder ein Drehmoment, das durch die Drehstabfeder übertragen wird, detektiert, und dass er ein Lenkungsunterstützungssignal zumindest teilweise auf der Grundlage der Verbiegung oder Verformung der Drehstabfeder oder eines Drehmoments, das von der Drehstabfeder übertragen wird, erzeugt, und mit einem Elektromotor, der mit dem Controller gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass er von diesem das Lenkungsunterstützungssignal empfängt und dass er ein Umsetzen des Lenkungsunterstützungssignals zumindest ermöglicht.
Zudem wird der Controller bei einer bevorzugten Ausführungsform ferner umkonfiguriert, um einen Wert von einem oder mehreren Parametern zu empfangen, die einen oder mehrere Fahrzeugstati betreffen (Schritt 304). Zum Beispiel umfassen die Parameter bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder eine Auslenkung des Lenkrads des Fahrzeugs. Es können auch andere Parameter verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann Schritt 304 nicht notwendig sein, zum Beispiel bei denjenigen, in welchen der Controller bereits so ausgestaltet ist, dass er Werte der gewünschten Parameter empfängt.
Der Controller des elektrischen Servolenkungssystems, das in Schritt 302 beschafft wurde, wird so umkonfiguriert, dass er eine Einstellung der Steifigkeit der Drehstabfeder zumindest teilweise auf der Grundlage des Werts des einen oder der mehreren Parameter zumindest ermöglicht (Schritt 306). Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Controller in Schritt 306 so umkonfiguriert, dass er auf der Grundlage des Werts des einen oder der mehreren Parameter, die in Schritt 304 beschafft wurden, ein Drehstabfeder-Einstellsignal erzeugt. Bei weiteren Ausführungsformen kann der Controller in Schritt 306 so umkonfiguriert werden, dass er die Steifigkeit der Drehstabfeder zumindest teilweise auf der Grundlage des Werts des einen oder der mehreren Parameter, die in Schritt 304 beschafft wurden, direkt einstellt.
Zudem wird der Controller bei einer bevorzugten Ausführungsform auch so umkonfiguriert, dass er Werte von einem oder mehreren Parametern in das Lenkungsunterstützungssignal einbaut (Schritt 308). Beispielsweise kann der Controller bei einer derartigen bevorzugten Ausführungsform so umkonfiguriert werden, dass er das Lenkungsunterstützungssignal nicht nur auf der Grundlage der Verbiegung, der Verformung oder des Drehmoments der Drehstabfeder, sondern auch auf der Grundlage von Werten der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeugbeschleunigung, der Lenkradauslenkung und/oder eines oder mehrerer weiterer Parameter erzeugt. Es ist festzustellen, dass sich die Parameter, die in Verbindung mit dem Lenkungsunterstützungssignal verwendet werden, von denen unterscheiden können, die in Verbindung mit dem Drehstabfeder-Einstellsignal verwendet werden. Es ist auch festzustellen, dass es sein kann, dass der Schritt 308 bei einigen Ausführungsformen nicht notwendig ist, zum Beispiel bei denjenigen, in welchen das Lenkungsunterstützungssignal nur auf der Grundlage der Verbiegung, der Verformung oder des Drehmoments der Drehstabfeder ermittelt wird, oder bei denen der Controller bereits so ausgestaltet ist, dass er Werte der gewünschten Parameter empfängt.
Zudem wird eine Drehstabfeder-Einstellvorrichtung in das elektrische Servolenkungssystem eingeführt (Schritt 310). Die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung wird zwischen den Controller und die Drehstabfeder gekoppelt und ist so ausgestaltet, dass es das Drehstabfeder-Einstellsignal von dem Controller empfängt und die Drehstabfeder in Übereinstimmung damit einstellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung als Teil einer Lenksäule des elektrischen Servolenkungssystems eingebaut sein, wie etwa derjenigen, die in 2 dargestellt ist und voranstehend in Verbindung damit beschrieben ist. Dies kann jedoch bei anderen Ausführungsformen anders sein. Zum Beispiel wird die Drehstabfeder-Einstellvorrichtung bei einigen alternativen Ausführungsformen als Teil des Controllers eingeführt oder eine existierende Komponente des elektrischen Servolenkungssystems kann umkonfiguriert werden, um die Funktionen der Drehstabfeder-Einstellvorrichtung auszuführen.
Es ist festzustellen, dass einige Schritte des in 3 dargestellten Prozesses 300 bei einigen Ausführungsformen nicht notwendig sein können und/oder dass einige Schritte des Prozesses 300 zu einem einzigen Schritt kombiniert werden können. Auf ähnliche Weise wird festgestellt, dass einige Schritte des Prozesses 300 gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge als derjenigen, die in 3 dargestellt und/oder vorstehend in Verbindung damit beschrieben ist, ausgeführt werden können.
Folglich ist ein verbessertes elektrisches Servolenkungssystem mit einer aktiven Drehstabfeder und einer verbesserten Lenkungsunterstützungsfunktionalität bereitgestellt. Das verbesserte elektrische Servolenkungs system ermöglicht eine verbesserte Präzision und/oder ein verbessertes Fahrgefühl für das Fahrzeug. Zudem ist ein Verfahren bereitgestellt, um ein elektrisches Servolenkungssystem nachzurüsten, um eine aktive Drehstabfeder einzubauen und dadurch eine verbesserte Präzision und/oder ein verbessertes Fahrgefühl für das Fahrzeug zu ermöglichen.
Obwohl mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleuten eine brauchbare Anleitung zur Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es sollte verstanden sein, dass in der Funktion und Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren juristischen Äquivalenten offengelegt ist.

Claims

Elektrisches Servolenkungssystem für ein Fahrzeug, wobei das elektrische Servolenkungssystem umfasst: eine Drehstabfeder; einen Controller, der mit der Drehstabfeder gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass er zumindest ermöglicht, dass: eine Steifigkeit der Drehstabfeder eingestellt wird; ein Lenkungsunterstützungssignal zumindest teilweise auf der Grundlage einer Verbiegung oder einer Verformung der Drehstabfeder oder eines Drehmoments, das von der Drehstabfeder übertragen wird, erzeugt wird; und einen Elektromotor, der mit dem Controller gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass er von diesem das Lenkungsunterstützungssignal empfangt und dass er ein Umsetzen des Lenkungsunterstützungssignals zumindest ermöglicht.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 1, das ferner umfasst: eine Detektionseinheit, die zwischen die Drehstabfeder und den Controller gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass sie die Verbiegung oder die Verformung der Drehstabfeder oder das Drehmoment, das von der Drehstabfeder übertragen wird, detektiert und eine Anzeige davon an den Controller liefert.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 2, wobei die Detektionseinheit einen Messfühler umfasst.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 3, wobei der Messfühler einen Auslenkungsmessfühler umfasst.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 3, wobei der Messfühler einen Verformungsmessfühler umfasst.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 3, wobei der Messfühler einen Drehmomentmessfühler umfasst.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 2, wobei der Controller so ausgestaltet ist, dass er ein Drehstabfeder-Einstellsignal erzeugt, und wobei das elektrische Servolenkungssystem ferner umfasst: eine Drehstabfeder-Einstellvorrichtung, die zwischen den Controller und die Drehstabfeder gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass sie die Steifigkeit der Drehstabfeder in Übereinstimmung mit dem Drehstabfeder-Einstellsignal einstellt.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug ein Lenkrad und mehrere Straßenräder umfasst und das elektrische Servolenkungssystem ferner umfasst: eine Lenksäule, die zwischen das Lenkrad und die Drehstabfeder gekoppelt ist, wobei die Lenksäule so ausgestaltet ist, dass sie das Drehmoment bei einer Bewegung des Lenkrads in die Drehstabfeder einbringt; eine Ritzelwelle, die zwischen die Drehstabfeder und die mehreren Straßenräder gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass sie sich zumindest teilweise auf der Grundlage des Drehmoments drehend bewegt; und eine Zahnstange, die zwischen die Ritzelwelle und die mehreren Straßenräder gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass sie sich zumindest teilweise auf der Grundlage einer Drehbewegung der Ritzelwelle bewegt und dadurch das Ändern einer Position der mehreren Straßenräder zumindest ermöglicht.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, wobei ein elektrischer Strom des Elektromotors eine Bewegung der Lenksäule verursacht.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, wobei ein elektrischer Strom des Elektromotors eine Bewegung der Zahnstange verursacht.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 7, wobei der Controller ferner so ausgestaltet ist, dass er das Lenkungsunterstützungssignal oder das Drehstabfeder-Einstellsignal zumindest teilweise auf der Grundlage eines Werts eines Parameters erzeugt, der den Betrieb des Fahrzeugs betrifft.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 11, wobei das Fahrzeug ein Lenkrad umfasst und der Parameter eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung des Fahrzeugs oder eine Auslenkung des Lenkrads umfasst.
Verfahren zum Nachrüsten eines elektrischen Servolenkungssystems für ein Fahrzeug, wobei das elektrische Servolenkungssystem eine Drehstabfeder, einen Controller, der zum Erzeugen eines Lenkungsunterstützungssignals zumindest teilweise auf der Grundlage einer Verbiegung oder einer Verformung der Drehstabfeder oder ei nes Drehmoments, das von der Drehstabfeder übertragen wird, ausgestaltet ist, und einen Elektromotor umfasst, der mit dem Controller gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass er von diesem das Lenkungsunterstützungssignal empfangt und dass er ein Umsetzen des Lenkungsunterstützungssignals zumindest ermöglicht, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: das elektrische Servolenkungssystem beschafft wird; und der Controller so umkonfiguriert wird, dass er ferner so ausgestaltet ist, dass er das Einstellen einer Steifigkeit der Drehstabfeder zumindest teilweise auf der Grundlage eines Parameters, der den Betrieb des Fahrzeugs betrifft, zumindest ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner die Schritte umfasst, dass: der Controller so umkonfiguriert wird, dass er ferner so ausgestaltet ist, dass er ein Drehstabfeder-Einstellsignal zumindest teilweise auf der Grundlage des Parameters erzeugt; und eine Drehstabfeder-Einstellvorrichtung eingeführt wird, die zwischen den Controller und die Drehstabfeder gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass sie das Drehstabfeder-Einstellsignal empfängt und die Steifigkeit der Drehstabfeder in Übereinstimmung damit einstellt.
Elektrisches Servolenkungssystem für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad und mehreren Straßenrädern, wobei das elektrische Servolenkungssystem umfasst: eine Lenksäule, die zur Kopplung mit dem Lenkrad ausgestaltet ist und so ausgestaltet ist, dass sie durch dieses drehend bewegbar ist; eine Drehstabfeder, die mit der Lenksäule gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass sie bei einer Drehbewegung der Lenksäule von dieser ein Drehmoment empfangt; und eine Ritzelwelle, die zwischen die Drehstabfeder und die mehreren Straßenräder gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass sie sich zumindest teilweise auf der Grundlage des Drehmoments drehend bewegt; eine Zahnstange, die zwischen die Ritzelwelle und die mehreren Straßenräder gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass sie sich zumindest teilweise auf der Grundlage einer Drehbewegung der Ritzelwelle bewegt und dadurch das Ändern einer Position der mehreren Straßenräder zumindest ermöglicht; ein Steuerungsritzel, das zwischen die Ritzelwelle und die Zahnstange gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass es eine Bewegung der Zahnstange zumindest ermöglicht; eine Detektionseinheit, die mit der Drehstabfeder gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass sie eine Verbiegung oder eine Verformung der Drehstabfeder oder das Drehmoment, das von der Drehstabfeder übertragen wird, detektiert und dass sie ein dieses betreffendes Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignal erzeugt; einen Controller, der mit der Detektionseinheit gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass er zumindest ermöglicht, dass: das Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignal von der Detektionseinheit empfangen wird; ein Drehstabfeder-Einstellsignal zumindest teilweise auf der Grundlage eines Parameters, der den Betrieb des Fahrzeugs betrifft, erzeugt wird; und ein Lenkungsunterstützungssignal zumindest teilweise auf der Grundlage des Verbiegungs-, Verformungs- oder Drehmomentsignals erzeugt wird; eine Drehstabfeder-Einstellvorrichtung, die zwischen den Controller und die Drehstabfeder gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass sie eine Steifigkeit der Drehstabfeder in Übereinstimmung mit dem Drehstabfeder-Einstellsignal einstellt; und einen Elektromotor, der mit dem Controller gekoppelt ist und so ausgestaltet ist, dass er das Lenkungsunterstützungssignal von diesem empfängt und dass er ein Umsetzen des Lenkungsunterstützungssignals zumindest ermöglicht.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 15, wobei die Detektionseinheit einen Messfühler umfasst.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 15, wobei der Messfühler einen Auslenkungsmessfühler, einen Verformungsmessfühler oder einen Drehmomentmessfühler umfasst.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 15, wobei ein elektrischer Strom des Elektromotors eine Bewegung der Lenksäule bewirkt.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 15, wobei ein elektrischer Strom des Elektromotors eine Bewegung der Zahnstange bewirkt.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 15, wobei der Parameter eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung des Fahrzeugs oder eine Auslenkung des Lenkrads umfasst.