DE102010036619A1

DE102010036619A1 - Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems

Info

Publication number: DE102010036619A1
Application number: DE102010036619A
Authority: DE
Inventors: Georg Tardy-Tuch
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: CN102343936A; US20120022745A1; DE102010036619B4; KR20120010967A; CN102343936B

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems (12), ein solches Lenksystem (12) und eine Lenkeinrichtung (40) eines Fahrzeugs (10) vorgestellt. Das Fahrzeug (10) weist eine Vorderachse (14) und eine Hinterachse (16) auf, wobei ein Schräglaufwinkel der Vorderachse (14) durch Lenken der Hinterachse (16) derart beeinflusst wird, dass dieser über einen Lenkradwinkelbereich konstant bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems, ein solches Lenksystem sowie eine Lenkeinrichtung.
Das vorgestellte Verfahren wird eingesetzt bei einem Lenksystem mit aktiv beeinflussbarer Lenkunterstützung, wie bspw. EPS, oder Servotronic. Bei solchen Lenksystemen wird angestrebt, eine Erhöhung der Fahrsicherheit, insbesondere bei Kurvenfahrten, zu erreichen. Hierzu wird untersucht, welche Kräfte an einem gelenkten Rad wirken, um dessen Verhalten in unterschiedlichen Fahrsituationen beschreiben zu können.
Zur Verdeutlichung der an einem gelenkten Rad auftretenden Kräfte in unterschiedlichen Fahrsituationen wird bspw. der sogenannte Kamm'sche Kreis verwendet, der eine grafische Wiedergabe zur Aufteilung der möglichen Gesamtkraft am Rad darstellt. Dabei werden die Seitenführungskraft in Querrichtung und die Bremskraft bzw. der Vortrieb in Längsrichtung des Rads bis zum Erreichen der maximalen Haftreibung berücksichtigt. Der Kamm'sche Kreis verdeutlicht, dass Längs- und Seitenführungskräfte voneinander abhängen. Die resultierende Gesamtkraft kann die zur Verfügung stehende maximale Haftreibung nicht überschreiten. Es folgt, dass bei Erhöhung der Längskraft weniger Seitenkraft zur Verfügung steht. Umgekehrt gilt, dass eine maximale Beschleunigung bzw. Verzögerung nur bei Geradeausfahrt möglich ist.
Ein Reifen liefert auf dem Kamm'schen Kreis die maximalen Beschleunigungswerte. Ein geübter Fahrer kann dies bezüglich der Vorderachse anhand der auftretenden Handkräfte erkennen. Diese steigen zunächst mit zunehmendem Lenkwinkel an. Bei Überschreiten des Maximums fallen diese wieder ab, das Seitenkraft-Potential der Achse ist dann ebenfalls ausgereizt. Durch ein weiteres Einlenken vergrößert sich der Kurvenradius wieder.
Die Druckschrift EP 2 065 291 A1 beschreibt ein Verfahren zur fahrdynamischen Beeinflussung eines mit einer Hilfskraftlenkung ausgestatteten Kraftfahrzeugs. Mit dem vorgestellten Verfahren soll eine Erhöhung der Fahrsicherheit bei Kurvenfahrten erreicht werden. Hierzu wird ein Zusatzlenkwinkel eingeleitet, wobei eine Sollvorgabe für diesen Winkel mit einer Steuer- und Regeleinheit ermittelt wird. Wird ein Untersteuerungszustand erkannt, wird die Sollvorgabe des Zusatzlenkwinkels dahingehend verändert, dass die Radseitenkraft in einem Bereich eines maximal erreichbaren, von Umgebungseinflüssen abhängigen Radseitenkraft-Maximalwerts während des Untersteuerungszustands gehalten wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Fahrsicherheit bei einem Fahrzeug, insbesondere bei einem mit einer Hilfskraftlenkung ausgestatteten Fahrzeug, zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und einer Lenkeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Bestandteil der Unteransprüche.
Das beschriebene Verfahren dient zum Betreiben eines Lenksystems eines Fahrzeugs mit einer Vorderachse und einer Hinterachse, wobei ein Schräglaufwinkel der Vorderachse beeinflusst wird. Dabei wird die Beeinflussung durch Lenken der Hinterachse bewirkt und zwar derart, dass der Schräglaufwinkel über einen Lenkradwinkelbereich konstant bleibt.
Es wird somit die Möglichkeit genutzt, in Kombination mit der Hinterachse den Schräglaufwinkel der Vorderachse aktiv zu beeinflussen.
Unter dem Schräglaufwinkel wird dabei der Winkel zwischen der Richtung, in die ein Rad zeigt, und der Richtung, in der sich das Rad tatsächlich auf der Fahrbahn bewegt, verstanden.
Bei dem Verfahren ist nunmehr vorgesehen, bei Erreichen der maximalen Seitenkraft den Schräglaufwinkel zumindest über einen begrenzten Lenkradwinkelbereich konstant zu halten. Ein möglicher Ablauf sieht wie folgt aus:
Der Fahrer lenkt, der Schräglaufwinkel und die Seitenführungskraft bauen sich auf. Das Maximum bzgl. der Seitenführungskraft wird erreicht. Trotz weiterem Einlenken bleibt der Schräglaufwinkel konstant, die Hinterachslenkung kompensiert dieses Überlenken. Das Potential der Hinterachslenkung zur Kompensation ist erreicht, der Schräglaufwinkel nimmt weiter zu, die Querkraft nimmt jedoch ab.
Es kann gleichzeitig durch Anpassung der Lenkunterstützung dem Fahrer das Gefühl des Überschreitens der maximalen Querkraft vermittelt werden. Hierdurch ist es auch für den weniger geübten Fahrer möglich, ein Überschreiten der maximalen Seitenführungskraft zu erkennen, bevor dieser Bereich verlassen wird.
Es wird weiterhin eine Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs mit einer Vorderachse und einer Hinterachse beschrieben, welche auf die Hinterachse des Fahrzeugs wirkt. Bei der Lenkeinrichtung ist eine Einheit zum Erfassen des Schräglaufwinkels der Vorderachse vorgesehen. Die Lenkeinrichtung ist derart ausgebildet bzw. eingerichtet, dass diese durch Lenken der Hinterachse den Schräglaufwinkel der Vorderachse derart beeinflusst, dass dieser über einen Lenkradwinkelbereich konstant bleibt.
Es ist zweckdienlich, wenn eine erste Einrichtung zur Reibwertermittlung und/oder eine zweite Einrichtung zur Zahnstangenkraftermittlung vorgesehen ist.
Das vorgestellte Lenksystem eines Fahrzeugs mit einer Vorderachse und einer Hinterachse und einer aktiv beeinflussbaren Lenkunterstützung unfasst eine Lenkeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art und somit eine Hinterachslenkung. Das Lenksystem ist insbesondere geeignet zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
Für die Umsetzung des vorgestellten Verfahrens sind regelmäßig ein Lenksystem mit aktiv beeinflussbarer Lenkunterstützung, wie bspw. eine elektronische Hilfskraftlenkung bzw. EPS, Servotronic usw., eine Reibwertermittlung oder Zahnstangenkraftermittlung sowie eine Hinterachslenkung erforderlich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung.
2 zeigt Verläufe von bei einer Kurvenfahrt wirkenden Kräften.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Figuren dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
In 1 ist ein Fahrzeug, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, dargestellt. Das Fahrzeug 10 umfasst ein Lenksystem 12, mit dem eine Vorderachse 14 und eine Hinterachse 16 zu steuern sind. Dabei sind sowohl an der Vorderachse 14 gelenkte Räder 18 als auch an der Hinterachse 16 gelenkte Räder 20 vorgesehen.
Zur unmittelbaren Steuerung der Vorderachse 14 sind ein Lenkrad 22, eine Lenksäule 24, ein Lenkritzel 26 und eine Zahnstange 28 vorgesehen. Über das Lenkrad 22 bringt der Fahrer ein Handmoment ein, das über die Lenksäule 24 und das Lenkritzel 26 auf die Zahnstange 28 übertragen wird. Bei der Lenksäule 24 kann es sich um eine mechanische, hydraulische oder elektrische Lenksäule handeln. Die Darstellung zeigt weiterhin eine Lenkunterstützung 30, die ein Moment aufbringt, welches das vom Fahrer aufgebrachte Handmoment überlagert, und eine erste Einrichtung 32 zur Reibwertermittlung und eine zweite Einrichtung 34 zur Zahnstangenkraftermittlung.
Das Lenksystem 12 umfasst weiterhin eine Lenkeinrichtung 40, die auf die Hinterachse 16 wirkt und mit einer Einheit 42 zum Erfassen des Schräglaufwinkels der Vorderachse 14 zusammenwirkt. Auf diese Weise wird erreicht, dass durch Lenken der Hinterachse 16 der Schräglaufwinkel der Vorderachse 14 aktiv beeinflusst wird. Somit kann dieser konstant gehalten werden, ein Überlenken kann kompensiert werden.
In 2 sind drei Graphen übereinander angeordnet dargestellt. Dabei ist in einem ersten Graphen 50 der Verlauf eines Lenkwinkels 52 und der Verlauf eines Schräglaufwinkels 54 aufgetragen. In einem zweiten Graphen 60 ist der Verlauf der Seitenkraft 62 gezeigt. In einem dritten Graphen 70 ist der Verlauf der Handkraft ohne aktive Korrektur 72 und der Verlauf der Handkraft mit aktiver Korrektur 74 aufgetragen.
In 2 sind vier Bereiche gezeigt, die mit den Ziffern 1, 2, 3 und 4 gekennzeichnet sind. Mit Hilfe dieser Einteilung wird ein möglicher Ablauf gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verdeutlicht. Dieser ist wie folgt:

1) Der Fahrer lenkt (ansteigender Verlauf 52), der Schräglaufwinkel 54 und die Seitenführungskraft 62 bauen sich auf.
2) Das Maximum bzgl. der Seitenführungskraft 62 wird erreicht.
3) Trotz weiterem Einlenken bleibt der Schräglaufwinkel 54 konstant, die Hinterachslenkung kompensiert dieses Überlenken.
4) Das Potential der Hinterachslenkung zur Kompensation ist erreicht, der Schräglaufwinkel 54 nimmt weiter zu, die Querkraft nimmt jedoch ab.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2065291 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Fahrzeugs mit einer Vorderachse (14) und einer Hinterachse (16), bei dem ein Schräglaufwinkel (54) der Vorderachse (14) beeinflusst wird, wobei durch Lenken der Hinterachse (16) der Schräglaufwinkel (54) der Vorderachse (14) derart beeinflusst wird, dass dieser über einen Lenkradwinkelbereich konstant bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Lenkunterstützung (30) des Lenksystems (12) derart angepasst wird, dass dem Fahrer ein Überschreiten einer maximalen Querkraft vermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Reibwertermittlung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Zahnstangenkraftermittlung durchgeführt wird.
Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs mit einer Vorderachse und einer Hinterachse, die auf die Hinterachse (16) des Fahrzeugs (10) wirkt, wobei eine Einheit (42) zum Erfassen eines Schräglaufwinkels (54) der Vorderachse (14) vorgesehen und die Lenkeinrichtung (40) derart ausgebildet ist, dass diese durch Lenken der Hinterachse (16) den Schräglaufwinkel (54) der Vorderachse (14) derart beeinflusst, dass dieser über einen Lenkradwinkelbereich konstant bleibt.
Lenkeinrichtung nach Anspruch 5, bei der eine erste Einrichtung (32) zur Reibwertermittlung vorgesehen ist.
Lenkeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der eine zweite Einrichtung (34) zur Zahnstangenkraftermittlung vorgesehen ist.
Lenksystem eines Fahrzeugs mit einer Vorderachse (14) und einer Hinterachse (16) und einer aktiv beeinflussbaren Lenkunterstützung (30), das über eine Lenkeinrichtung (40) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 verfügt.
Lenksystem nach Anspruch 8, bei dem als aktiv beeinflussbare Lenkunterstützung (30) eine elektronische Hilfskraftlenkung vorgesehen ist.