DE102009055941B4

DE102009055941B4 - Fahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE102009055941B4
Application number: DE102009055941.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schneider; Dr. Hopp Christian
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: DE102009055941A1

Abstract

Fahrzeuglenkung umfassend:eine Lenkstange (3),eine Lenkungshandhabe (5) zur Eingabe eines fahrerseitigen Lenkbefehls, die mechanisch derart mit der Lenkstange (3) gekoppelt ist, dass der Lenkbefehl als Axialkraft an der Lenkstange (3) zur Wirkung gebracht wird,eine Vorrichtung (6) zur Erzeugung einer Unterstützungskraft an der Lenkstange (3), Mittel zur Erfassung einer Verformung in der Lenkung, undeine Steuereinrichtung (8) zur Ansteuerung der Vorrichtung (6) zur Erzeugung einer Unterstützungskraft. die derart konfiguriert ist, dass bei Überschreiten eines Schwellwerts für die Verformung die Unterstützungskraft verringert wird, dadurch gekennzeichnet, dassdie Verformung in der Fahrzeuglenkung als Differenz zwischen den Ausgangssignalen eines ersten Sensors (9) und eines weiteren Sensors (10) erfasst wird, wobei der erste Sensor ein Sensor (9) zur Erfassung der Stellung der Lenkungshandhabe (5) ist und der weitere Sensor (10) ein Sensor zur Erfassung der Stellung einer weiteren Komponente der Fahrzeuglenkung, die radnäher als die Lenkungshandhabe (5) angeordnet ist, ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Fahrzeuglenkung.
Hohe Lenkmomente führen insbesondere an der Lenkstange zu einer verstärkten Beanspruchung. Beim Einparken treten gleichzeitig hohe Radeinschlagwinkel auf.
Um eine Überbeanspruchung von Lenkungskomponenten bei hohem Lenkmoment zu vermeiden, wurden diese bisher entsprechend massiv ausgebildet. Dies schlägt sich in einem hohen Bauteilgewicht sowie in einem hohen Materialeinsatz nieder.
Zur Vermeidung von Stößen ist bereits bekannt, eine Hubbegrenzung für die Lenkstange vorzusehen. In DE 10 2007 012 655 A1 werden hierzu elastische Endanschläge zwischen einem Lenkungsgehäuse und Spurstangengelenken vorgesehen. Weitere elastische Endanschläge für Lenkungen sind aus US 5 788 009 A , US 6 851 508 B2 und EP 1 429 951 B1 bekannt
Weiterhin ist aus DE 102 44 067 A1 bekannt, bei einer elektromechanischen Lenkung elastische Endanschläge softwaretechnisch durch eine entsprechende Ansteuerung des Elektromotors zu verwirklichen.
Derartige Endanschläge sind jedoch nicht geeignet, Belastungen aufzufangen, die bereits vor einem Erreichen der Endanschläge auftreten.
Eine gattungsgemäße Fahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 ist aus DE 10 2005 047 935 A1 bekannt. Demnach soll, wenn bei Überschreiten einer bestimmten auf die Lenkungshandhabe aufgebrachten Kraft in einem Zustand, in dem ein gelenktes Rad an einem festen Hindernis anschlägt und ein Fahrer eine hohe Kraft auf eine Lenkungshandhabe aufbringt, die Lenkunterstützung durch einen Elektromotor reduziert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere Lösungen aufzuzeigen, welche es gestatten, unter Vermeidung einer Überlastung das Bauteilgewicht und den Materialeinsatz einer Fahrzeuglenkung zu vermindern.
Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeuglenkung gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
Bei Erkennung von Sonderereignissen, wie beispielsweise einem hohen Lenkmoment während des Einparkens, wird durch Verminderung der Lenkunterstützung eine Überlast vermieden. Hierdurch können die mechanischen Komponenten der Lenkung mit geringerem Bauteilgewicht gefertigt werden, da über den Eingriff in die Ansteuerung der Servounterstützung Betriebszustände vermieden werden, welche zu einem zu hohen Verschleiß oder gar zu einer Deformation von Lenkungskomponenten führen würden. Die Auslegung der Lenkung auf eine verringerte Belastung ermöglicht neben einem geringeren Gewicht der Fahrzeuglenkung sowie kompakteren Abmessungen zu einer Kostenersparnis in der Fertigung.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Fahrzeuglenkung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Fahrzeuglenkung 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug. Die Fahrzeuglenkung 1 ist vorliegend als elektromechanische Lenkung dargestellt. Jedoch kann die Fahrzeuglenkung auch mit hydraulischer Servounterstützung ausgeführt sein.
Die Fahrzeuglenkung 1 weist ein Lenkungsgehäuse 2 auf, durch das sich eine Lenkstange 3 erstreckt. An der Lenkstange 3 greift ein nicht näher dargestelltes Lenkungsritzel einer Lenksäule 4 an, um einen vom Fahrer mittels einer Lenkungshandhabe 5 aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder 15 zu übertragen. Aufgrund der mechanischen Kopplung zwischen der Lenkungshandhabe 5 und der Lenkstange 3 wird eine vom Fahrer an der Lenkungshandhabe 5 aufgebrachte Kraft oder ein vom Fahrer an der Lenkungshandhabe 5 aufgebrachtes Moment in eine Axialkraft an der Lenkstange 3 übersetzt.
Weiterhin weist die Fahrzeuglenkung 1 eine Vorrichtung 6 zur Erzeugung einer Unterstützungskraft in Form eines Elektromotors 7 auf. Der Elektromotor 7 ist vorzugsweise koaxial oder achsparallel zu der Lenkstange 3 angeordnet und mit dieser über ein nicht näher dargestelltes Getriebe gekoppelt, so dass das Antriebsmoment des Elektromotors 7 als Axialkraft an der Lenkstange 3 zur Wirkung gebracht wird. Üblicherweise ist die Unterstützungskraft erheblich größer, als die allein durch den fahrerseitigen Lenkbefehl an der Lenkstange 3 mechanisch erzeugte Kraft.
Zur Ansteuerung der Vorrichtung 6 zur Erzeugung einer Unterstützungskraft dient eine Steuereinrichtung 8, in der unter Berücksichtigung des fahrerseitigen Lenkbefehls sowie gegebenenfalls weiterer Fahrzeugparameter ein Stellsignal generiert wird. Die Steuereinrichtung 8 ist derart konfiguriert, dass bei Überschreiten eines Schwellwerts für eine innere Verformung der Lenkung die Unterstützungskraft verringert wird. Hierfür wird eine Verformung innerhalb der Lenkung herangezogen, die kennzeichnend für die Belastung der mechanischen Komponenten der Lenkung ist. Selbstverständlich handelt es sich bei den Verformungen nicht um bleibende Verformungen im Bereich der Lenkung, sondern um temporäre Verformungen bei hoher mechanischer Beanspruchung.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer elektromechanischen Fahrzeuglenkung mit einer Lenksäule 4 und einem Lenkrad als Lenkungshandhabe 5 bietet es sich an, eine Verdrehung in der Lenkung zu erfassen.
Dies könnte beispielsweise über einen an der Lenksäule 4 angeordneten Drehmomentssensor 13 erfolgen. Überschreitet dessen Ausgangssignal einen vorgegebenen Schwellwert, wird die Unterstützungskraft der entsprechenden Vorrichtung 6 zurückgenommen. Dies ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird vielmehr die Verdrehung durch zwei unabhängige Sensoren, nämlich einen ersten Sensor 9 nahe der Lenkungshandhabe 5 und einen zweiten, radnäher angeordneten Sensor 10 erfasst, wodurch eine größere Strecke mechanischer Komponenten bei der Signalgenerierung berücksichtigt wird.
Vorzugsweise ist der erste Sensor 9 ein Sensor zur Erfassung der Stellung der Lenkungshandhabe 5, während der zweite Sensor 10 bevorzugt so angeordnet ist, dass dieser ein Signal erzeugt, welches einen an den Fahrzeugrädern 15 eingestellten Radeinschlagwinkel repräsentiert.
Bei einer elektromechanischen Lenkung ist üblicherweise ein Motorlagesensor zur Erfassung der Stellung des Elektromotors 7 vorhanden. Der Motorlagesensor kann in diesem Fall als zweiter Sensor 10 genutzt werden. Dieser ist vorzugsweise derart relativ zu einer nicht näher dargestellten Motorwelle 11 und einem Motorgehäuse 12 des Elektromotors 7 angeordnet, dass dieser die Stellung der Motorwelle relativ zu dem Motorgehäuse erfasst.
Für die Ermittlung des Werts der inneren Verformung bzw. der inneren Verdrehung der Fahrzeuglenkung 1 4 sind damit in der Regel keine zusätzlichen Sensoren am Fahrzeug erforderlich. Vielmehr kann auf ohnehin vorhandene Sensoren zurückgegriffen werden.
Im normalen Fahrbetrieb ist die allein durch den fahrerseitigen Lenkbefehl erzeugte Kraft an der Lenkstange 3 verhältnismäßig klein. Dies gilt in gleicher Weise für die innere Verformung bzw. einen Differenzwinkel, der mittels des ersten und zweiten Sensors 9 und 10 erfasst wird. Bei hohen Lenkmomenten steigt der Differenzwinkel an. Um die Belastung der mechanischen Komponenten der Lenkung, insbesondere der Lenkstange 3, zu beschränken, wird bei einem vorgegebenen, gegebenenfalls von weiteren Fahrzeugparametern abhängigen Verformungsniveau bzw. Differenzwinkel die Unterstützungskraft der Vorrichtung 6 zur Erzeugung einer Unterstützungskraft bzw. die Unterstützungskraft des Elektromotors 7 oder eines entsprechenden hydraulischen Antriebs verringert. Das Verformungsniveau bzw. der Differenzwinkel liegen in einem Bereich, der über die reguläre Verdrehung des Drehmomentssensors 13 der Lenksäule 4 hinausgeht.
Ein solcher Eingriff kann dem Fahrer, beispielsweise über ein Kombinationsinstrument 14, durch einen Warnton und/oder haptisch über die Lenkungshandhabe 5, angezeigt werden um diesen zu veranlassen, die Betätigungskraft bzw. das Betätigungsmoment an der Lenkungshandhabe 5 zu vermindern.
Um zu vermeiden, dass beispielsweise bei stößiger Fahrbahn die vorstehend erläuterte Erkennung ausgelöst wird, kann eine Verminderung der Unterstützungskraft auf bestimmte, in der Steuereinrichtung 8 abgelegte Fahrsituationen beschränkt werden.
Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 8 derart konfiguriert sein, dass eine Verminderung der Unterstützungskraft lediglich dann zugelassen wird, wenn festgestellt wird, dass eine vom Fahrer an der Lenkungshandhabe 5 aufgebrachte Kraft oder ein vom Fahrer an der Lenkungshandhabe aufgebrachtes Moment einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Ferner ist zusätzlich eine von der Fahrgeschwindigkeit v abhängige Deaktivierung möglich, dahingehend, dass eine Verminderung der Unterstützungskraft lediglich dann zugelassen wird, eine Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeuglenkung
2: Lenkungsgehäuse
3: Lenkstange
4: Lenksäule
5: Lenkungshandhabe
6: Vorrichtung zur Erzeugung einer Unterstützungskraft
7: Elektromotor
8: Steuereinrichtung
9: Sensor
10: Sensor
11: Motorwelle
12: Motorgehäuse
13: Drehmomentsensor
14: Kombinationsinstrument
15: Fahrzeugrad

Claims

Fahrzeuglenkung umfassend: eine Lenkstange (3), eine Lenkungshandhabe (5) zur Eingabe eines fahrerseitigen Lenkbefehls, die mechanisch derart mit der Lenkstange (3) gekoppelt ist, dass der Lenkbefehl als Axialkraft an der Lenkstange (3) zur Wirkung gebracht wird, eine Vorrichtung (6) zur Erzeugung einer Unterstützungskraft an der Lenkstange (3), Mittel zur Erfassung einer Verformung in der Lenkung, und eine Steuereinrichtung (8) zur Ansteuerung der Vorrichtung (6) zur Erzeugung einer Unterstützungskraft. die derart konfiguriert ist, dass bei Überschreiten eines Schwellwerts für die Verformung die Unterstützungskraft verringert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung in der Fahrzeuglenkung als Differenz zwischen den Ausgangssignalen eines ersten Sensors (9) und eines weiteren Sensors (10) erfasst wird, wobei der erste Sensor ein Sensor (9) zur Erfassung der Stellung der Lenkungshandhabe (5) ist und der weitere Sensor (10) ein Sensor zur Erfassung der Stellung einer weiteren Komponente der Fahrzeuglenkung, die radnäher als die Lenkungshandhabe (5) angeordnet ist, ist.
Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor (10) ein Signal erzeugt, welches einen an den Fahrzeugrädern (15) eingestellten Radeinschlagwinkel repräsentiert.
Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) zur Erzeugung einer Unterstützungskraft ein Elektromotor (7) ist und der weitere Sensor (10) ein Motorlagesensor des Elektromotors (7) ist.
Fahrzeuglenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (7) eine Motorwelle (11) und ein Motorgehäuse (12) aufweist und der weitere Sensor (10) derart angeordnet ist, um die Stellung der Motorwelle (11) relativ zu dem Motorgehäuse (12) zu erfassen.
Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) der Lenkung derart konfiguriert ist, dass eine Verminderung der Unterstützungskraft lediglich dann zugelassen wird, wenn festgestellt wird, das eine vom Fahrer an der Lenkungshandhabe (5) aufgebrachte Kraft oder ein vom Fahrer an der Lenkungshandhabe (5) aufgebrachtes Moment einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Fahrer an der Lenkungshandhabe (5) aufgebrachte Moment mittels eines Drehmomentsensors (13) erfasst wird, der an einer Lenksäule (4) zwischen der Lenkungshandhabe (5) und der Lenkstange (3) angeordnet ist.
Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) der Lenkung derart konfiguriert ist, dass eine Verminderung der Unterstützungskraft lediglich dann zugelassen wird, wenn festgestellt wird, dass eine Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist.
Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Anzeigemittel zur optischen, akustischen und/oder haptischen Anzeige einer aktuellen Verminderung der Lenkunterstützung.
Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeuglenkung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche.