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Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein Fahrzeug-Lenksystem ohne andauernden mechanischen Durchtrieb zwischen einer Lenkhandhabe des Fahrers und den mittels eines elektronisch angesteuerten Aktuators lenkbaren Rädern des Fahrzeugs, wobei im Fall einer Störung in der Ansteuerung des Aktuators als Rückfallebene ein mechanischer Durchtrieb zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Rädern hergestellt wird und wobei der Lenkhandhabe ein Motor zugeordnet ist, mit dem bei nicht aktivierter Rückfallebene ein für den Fahrer spürbares Handmoment an die Lenkhandhabe angelegt wird.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug-Lenksystem der by-wire-Bauart ohne andauernden mechanischem Durchtrieb zwischen einem Lenkrad des Fahrers und einem eine vom Fahrer über das Lenkrad vorgegebene Lenkbewegung zumindest eines lenkbaren Fahrzeug-Rades initiierenden Lenk-Getriebe, dem ein mit Signalen aus der Lenkrad-Vorgabe von einer elektronischen Steuereinheit angesteuerter Aktuator vorgeschaltet ist, sowie mit einer hydraulischen Rückfallebene, die eine an das Lenkrad gekoppelte Hydraulik-Fördereinheit und eine an das genannte Lenk-Getriebe gekoppelte Hydraulik-Stelleinheit aufweist, wobei die Hydraulik-Fördereinheit und die Hydraulik-Stelleinheit über zwei Hydraulikleitungen derart miteinander verbindbar sind, dass im Fall einer Störung in der Ansteuerung des Aktuators ein mit dem Lenkrad vorgegebener Lenkrad-Drehwinkel über die Hydraulik-Fördereinheit und die Hydraulik-Stelleinheit in einen entsprechenden Rad-Lenkwinkel umgesetzt wird, wobei diese beiden genannten Hydraulikleitungen zwischen der Hydraulik-Fördereinheit und der Hydraulik-Stelleinheit über ein Fail-Safe-Ventil miteinander verbindbar sind, ferner mit einem dem Lenkrad zugeordneten Motor, mit dem bei nicht aktivierter Rückfallebene ein für den Fahrer spürbares Handmoment an das Lenkrad anlegbar ist.
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Zum Stand der Technik wird neben der
WO 200932744 A1 auf die
DE 19801393 C1 verwiesen.
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Die sog. Steer-by-Wire-Systeme, bei denen der vom Fahrer eines Fahrzeugs am Lenkrad oder dergleichen (anstelle eines Lenkrads kann auch ein sog. Sidestick oder anderes als sog. Lenkhandhabe vorgesehen sein – im weiteren wird der Einfachheit halber nur von einem Lenkrad sowie bezüglich einer Betätigung desselben von einem Lenkrad-Drehwinkel gesprochen) eingestellte Lenkwunsch den lenkbaren Fahrzeugrädern nicht auf direktem mechanischen Wege, nämlich wie bei den heute üblichen Fahrzeugen über die sog. Lenkspindel (oder Lenksäule) sowie ein daran gekoppeltes Lenkgetriebe (bspw. ein Zahnstangen-Lenkgetriebe) übermittelt wird, sondern auf elektrischem oder hydraulischem Weg, sind hinsichtlich der Anordnungsmöglichkeiten für die Systembestandteile im Fahrzeug vorteilhaft. Vorteilhafterweise kann mit solchen Steer-by-Wire-Systemen auch unabhängig von einer Vorgabe des Fahrers ein Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern eingestellt werden, beispielsweise dahingehend, dass dadurch einem instabilen Fahrzustand entgegen gewirkt wird. Allgemein ausgedrückt besteht bei einem Steer-by-Wire-System kein starrer Zusammenhang zwischen einer am Lenkrad eingestellten Lenk-Vorgabe (= Lenkrad-Drehwinkel) und der aufgrund dieser Lenk-Vorgabe an den lenkbaren Fahrzeug-Rädern ausgeführten Lenkbewegung (= Rad-Lenkwinkel), so dass vorteilhafterweise eine sog. variable Lenkübersetzung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad-Lenkwinkel realisiert sein kann, die beispielsweise auch in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit verändert werden kann.
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Da in Steer-by-Wire-Systemen diverse verbaute Sensoren, insbesondere jedoch auch der genannte Aktuator, der angesteuert von Signalen der Lenkradvorgabe die lenkbaren Räder verschwenkt, ausfallen kann bzw. können, ist eine sog. Rückfallebene vorzusehen, welche im Hinblick auf eine erwünschte Bauraum-Flexibilität beispielsweise hydraulisch ausgebildet sein kann und dabei die im Oberbegriff des vorliegenden Vorrichtungsanspruchs aufgelisteten Merkmale enthalten kann, nämlich eine an das Lenkrad gekoppelte Hydraulik-Fördereinheit sowie eine an das genannte Lenk-Getriebe gekoppelte Hydraulik-Stelleinheit, welche in einer speziellen Ausführungsform selbst das Lenk-Getriebe bilden kann, sowie einen diese beiden Einheiten hydraulisch miteinander verbindenden Hydraulikkreis. Dieser Hydraulikkreis weist zumindest zwei Hydraulikleitungen auf, über welche die Hydraulik-Stelleinheit veranlasst durch die Hydraulik-Fördereinheit die lenkbaren Räder in die eine oder in die andere Richtung zu verschwenken in der Lage ist, weshalb sowohl die Hydraulik-Fördereinheit als auch die Hydraulik-Stelleinheit bspw. ausgehend von einer Mittelstellung oder Nulllage aus zwei einender entgegen gerichtete „Arbeitsrichtungen” aufweisen. Die Hydraulik-Fördereinheit kann jedoch nur dann eine Verschwenkbewegung der lenkbaren Räder über die Hydraulik-Stelleinheit veranlassen, wenn zwischen den beiden Hydraulikleitungen, über welche die Hydraulik-Stelleinheit in die eine oder in die andere Richtung bewegbar ist, kein Kurzschluss besteht. Ein solcher Kurzschluss wird im Stand der Technik über eine sog. Kurzschlussleitung, in der ein einfaches Sperrventil, welches entweder geschlossen oder vollständig geöffnet werden kann und als Fail-Safe-Ventil bezeichnet ist, vorgesehen ist, durch Öffnen dieses Ventils hergestellt, wenn die hydraulische Rückfallebene nicht wirksam sein soll. In diesem Falle wird bei Betätigung der Hydraulik-Fördereinheit das Hydraulikmedium lediglich von der einen Seite dieser Fördereinheit über die offene Kurzschlussleitung zur anderen Seite dieser Fördereinheit umgewälzt. Hingegen wird oder bleibt dieses Fail-Safe-Ventil geschlossen, wenn die hydraulische Rückfallebene beispielsweise wegen eines Funktionsfehlers des genannten Aktuators oder von dessen Ansteuerung wirksam sein muss. Dann ist über die aktive Rückfallebene ein mechanischer Durchtrieb zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Rädern hergestellt.
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Weiterhin weisen die bekannten Steer-by-Wire-Systeme einen sog. Lenkmoment-Simulator auf, mit Hilfe dessen an das Lenkrad ein dem vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoment entgegen gerichtetes Moment angelegt werden kann, um dem Fahrer ein übliches Lenkgefühl und somit quasi einen haptischen Kontakt zur Fahrbahn zu vermitteln. Im Stand der Technik ist dieser Lenkmoment-Simulator durch einen auf das Lenkrad einwirkenden Elektromotor gebildet, der von einer elektronischen Steuereinheit geeignet angesteuert wird, derart, dass sich in Abhängigkeit von verschiedenen zu berücksichtigen Randbedingungen ein sog. Handmoment am Lenkrad einstellt. Weiterhin ist es beispielsweise aus der
DE 198 01 393 C1 bekannt, diesen Lenkmoment-Simulator bzw. den diesen bildenden Elektromotor für den Fall, dass die Rückfallebene aufgrund einer Funktionsstörung des Lenksystems aktiv ist, als Servomotor zu verwenden, der den Fahrer beim Einleiten des Lenkmoments über das Lenkrad unterstützt.
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Hiermit soll für ein solches „by-wire”-Lenksystem ein vorteilhaftes Betriebsverfahren aufgezeigt werden, unter Anwendung dessen es möglich ist, das Leistungsvermögen des die lenkbaren Räder im „by-wire”-Betrieb stellenden Aktuators auf ein sinnvolles Maß zu begrenzen, so dass kein extrem leistungsstarker Aktuator für die Einstellung extremer Rad-Lenkwinkel in wenigen Sondersituationen vorzusehen ist (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung). Dabei ist der Begriff des „extremen Rad-Lenkwinkels” übergreifend zu verstehen, d. h. dieser Begriff soll sich vorrangig weniger auf den Betrag des Lenkwinkels beziehen, sondern auf die Lenkwinkel-Änderungsgeschwindigkeit sowie auf die für das Einstellen eines bestimmten Lenkwinkels benötigten Kräfte, die bekanntlich insbesondere im Fahrzeug-Stillstand und beim Parkieren des Fahrzeugs sehr groß werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Betriebsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer die maximale Stell-Leistung des Aktuators überschreitenden Lenkanforderung des Fahrers die Rückfallebene zugeschaltet und der der Lenkhandhabe zugeordnete Motor solchermaßen angesteuert wird, dass dessen Stellmoment den Aktuator beim Einstellen des Rad-Lenkwinkels unterstützt. Für ein Fahrzeug-Lenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 ist die Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer die maximale Stell-Leistung des Aktuators überschreitenden Lenkanforderung des Fahrers die Rückfallebene zugeschaltet und der dem Lenkrad zugeordnete Motor solchermaßen angesteuert wird, dass dessen Stellmoment den Aktuator beim Einstellen des Rad-Lenkwinkels unterstützt.
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Vorgeschlagen wird somit, die bei störungsfreier Funktion des erfindungsgemäßen Lenksystems unwirksam geschaltete Rückfallebene auch dann zu aktivieren, wenn die vom Aktuator bereit gestellte oder bereit stellbare Leistung nicht ausreicht, die lenkbaren Räder dem Lenkwunsch oder der Lenkvorgabe des Fahrers folgend einzustellen. Mit dieser Maßnahme könnte bzw. kann der Fahrer selbst ein zusätzliches Moment zum Stellen der lenkbaren Räder aufbringen, jedoch bedeutete dies alleine eine nicht akzeptable Anstrengung für den Fahrer. Deshalb wird erfindungsgemäß ein ohnehin bereits vorhandener Motor, der vorzugsweise ein Elektromotor ist, zur Unterstützung des Aktuators genutzt, nämlich derjenige Motor, mit dem bei unwirksam geschalteter Rückfallebene das für den Fahrer spürbare Handmoment am Lenkrad eingestellt wird, also der sog. Lenkmoment-Simulator. Abweichend von seiner bei unwirksam geschalteter Rückfallebene praktizierten Betriebsweise, bei der dieser Motor ein Moment erzeugt, das dem Drehsinn des Lenkrads entgegen gerichtet ist, erzeugt dieser Motor für die Unterstützung des Aktuators durch erfindungsgemäße Zuschaltung der Rückfallebene ein mit der Drehrichtung des Lenkrads gleichsinniges Moment. In entsprechender Weise kann dieser Motor einfach von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert werden. Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Betriebsverfahren mit jeglicher Art von Rückfallebene durchführbar ist, sei es eine durch eine Kupplung auftrennbare mechanische Lenkspindel oder eine hydraulische Rückfallebene, wofür ein bevorzugtes Beispiel anhand der beigefügten Prinzipdarstellung erläutert wird.
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Zuvor sei noch kurz auf vorteilhafte Weiterbildungen zum vorliegenden unabhängigen Verfahrensanspruch und zum vorliegenden unabhängigen Vorrichtungsanspruch eingegangen. Inhalt dieser Weiterbildungen ist im wesentlichen, dass die Zuschaltung oder Abschaltung der Rückfallebene nicht schlagartig, sondern mit einem für den Fahrer an seinem Lenkrad praktisch nicht spürbaren Übergang erfolgt, wobei in dieser Übergangszeit die Rückfallebene quasi nur teilweise und somit nicht zu 100% aktiviert ist. Dies hat selbstverständlich zur Folge, dass das vom dem Lenkrad als Lenkmomentsimulator zugeordnetem Motor abgegebene Moment zwar nicht sofort vollständig dem Aktuator zur Verfügung gestellt werden kann, jedoch ist es damit andererseits möglich, die über eine gewisse Übergangszeit erfolgende Zuschaltung der Rückfallebene und parallel dazu die Momenten-Abgabe des besagten Motors solchermaßen zu steuern, dass der Fahrer an seinem Lenkrad keine signifikanten sprungartigen Änderungen des Drehmoments (Handmoments oder Lenkmoments) verspürt. Da es nämlich jedenfalls unter vertretbarem Aufwand praktisch nicht möglich ist, den dem Lenkrad zugeordneten Motor von einer Sekunde auf die nächste Sekunde solchermaßen anzusteuern, dass er schlagartig ein dem zuvor abgegebenen Drehmoment entgegen gerichtetes Moment möglicherweise auch noch von maximalem Betrag bereit stellen kann, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn dieses Umsteuern des Motors bewusst etwas langsamer erfolgt und parallel dazu die Rückfallebene über eine gewisse Zeitdauer gestreckt zugeschaltet wird, so dass anfänglich, solange der Motor noch ein geringes dem vom Fahrer an sein Lenkrad angelegten Moment entgegen gerichtetes Moment abgibt, die Rückfallebene nur zu einem geringen Bruchteil wirksam wird, der vorzugsweise im wesentlichen so groß ist, dass das für den Fahrer spürbare Moment keine sprunghafte Änderung erfährt. Wenn eine geringe Zeitspanne später der besagte Motor bereits ein geringes Drehmoment in dem Drehsinn, mit dem der Aktuator unterstützt wird, abzugeben in der Lage ist, so sollte ein größerer Bruchteil der Rückfall zugeschaltet sein, so dass dieses Motomoment bereits anteilig dem Aktuator zugute kommt. Es erfolgt somit ein „geglätteter” Übergang bei der Zuschaltung der Rückfallebene, und ein ebenso geglätteter Übergang sollte bei einer Abschaltung der Rückfallebene erfolgen.
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Was die anteilige bzw. teilweise oder sich über einen gewissen Zeitraum vorzugsweise kontinuierlich hin ziehende Zuschaltung oder Abschaltung der Rückfallebene betrifft, so ist dies in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Rückfallebene auf verschiedene Weise möglich. An Fahrzeug-Lenksystemen mit den im Oberbegriff des ersten Patentanspruchs angegebenen Merkmalen ist bspw. eine Rückfallebene bekannt, die durch miteinander kuppelbare Drehwellen gebildet ist, wobei die erste Drehwelle mit dem Lenkrad verbunden ist und die zweite, gleichachsig mit der ersten Drehwelle angeordnete Drehwelle mit dem Lenkgetriebe verbunden ist. Zwischen diesen beiden Drehwellen ist eine schaltbare Wellen-Kupplung vorgesehen, die nach der vorliegenden Weiterbildung der Erfindung über eine gewisse Zeitspanne hinweg mit Schlupf geschlossen bzw. geöffnet wird. Dabei wird beim Schließen der Kupplung der Schlupf kontinuierlich verringert und beim Öffnen der Kupplung kontinuierlich vergrößert. Im Falle einer weiterhin bekannten hydraulischen Rückfallebene, bei der zwischen zwei zu einem Gleichgangzylinder als Hydraulik-Stelleinheit führenden Hydraulikleitungen ein mittels eines Fail-Safe-Ventils schaltbarer Kurzschluss darstellbar ist, kann dieses Fail-Safe-Ventil abweichend vom üblichen Stand der Technik als sog. Stetig-Ventil ausgebildet sein, welches nicht nur die beiden Endpositionen „vollständig geschlossen” und „maximal offen” einnehmen kann, sonder auch beliebige Zwischenpositionen zwischen diesen beiden Extremen. Ist eine dieses Fail-Safe-Ventil enthaltende Kurzschlussleitung zwischen den beiden genannten Hydraulikleitungen vollständig geöffnet, so ist die Rückfallebene abgeschaltet; ist diese Kurzschlussleitung vollständig geschlossen, so ist die hydraulische Rückfallebene zugeschaltet. Mit Zwischenpositionen des besagten als Stetig-Ventil ausgebildeten Fail-Safe-Ventils ist ein teilweises bzw. nur anteiliges Zuschalten (oder Abschalten) der Rückfallebene im Sinne der geschilderten vorteilhaften Weiterbildung nach den Ansprüchen 2, 4 möglich, wie auch anhand des im weiteren erläuterten und in der beigefügten Figur nur prinzipiell dargestellten Ausführungsbeispiels noch erläutert wird.
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Im figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel mit hydraulischer Rückfallebene trägt ein vom Fahrer des Fahrzeugs zu betätigendes Lenkrad die Bezugsziffer 1. In die mit diesem verdrehfest verbundene Lenkspindel 2 ist ein Drehwinkelsensor 3 integriert, mit dem der vom Fahrer mit seinem Lenkrad 1 vorgegebene Lenkwinkel erfasst werden kann, sowie ein Drehmomentsensor 4, mit dem das vom Fahrer am Lenkrad 1 vorgegebene Lenkmoment bzw. Handmoment erfasst werden kann. Am dem Lenkrad 1 gegenüberliegenden Ende der Lenkspindel 2 ist eine Hydraulik-Fördereinheit 7 in Form einer Zylinder-Kolben-Einheit der Gleichgang-Bauart vorgesehen, die bzw. deren Kolben mit einer Drehbewegung des Lenkrads 1 unter Zwischenschaltung eines Spindeltriebes je nach Drehrichtung ein Hydraulikmedium in einem sog. lenkradseitigen Teil 8a eines Hydraulikkreises 8 nach der einen oder anderen Seite fördert, d. h. in eine der beiden mit den Bezugsziffern 5, 6 gekennzeichnete Hydraulik-Leitungen.
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Neben den soweit erläuterten Elementen greift an der Lenkspindel 2 über einen Riementrieb 20 ein Motor 21 an, derart, dass dieser Motor 21 an die Lenkspindel 2 ein Drehmoment anlegen bzw. in die Lenkspindel 2 ein Drehmoment einleiten kann. Dieser Motor 21 in Form eines Elektromotors dient (zunächst) insbesondere als Lenkmoment-Simulator, wie im weiteren noch erläutert wird.
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Die figürlich nicht dargestellten lenkbaren Räder (= Vorderräder) des zweispurigen Fahrzeugs sind in grundsätzlich bekannter Weise über Spurhebel und Spurstangen verschwenkbar und somit lenkbar, wobei diese Spurstangen an die beiden Enden eines quer zur Fzg.-Längsrichtung verlagerbaren Getriebeelements 14 in Form einer Stange eines Lenk-Getriebes 19 angelenkt sind. Dieses Lenk-Getriebe 19 ist ähnlich einem dem Fachmann bekannten Zahnstangen-Lenkgetriebe ausgebildet, dessen beidseitig verlängerte Zahnstange das genannte Getriebeelement 14 des Lenk-Getriebes 19 bildet und welche(s) nun hier über ein endloses Zugmittelgetriebe 10 mit nachgeschaltetem Kugelgewindetrieb von einem Aktuator 9 in Form eines Elektromotors seitlich verlagert werden kann. Dieser Aktuator 9 kann mit geeigneter Ansteuerung durch eine elektronische Steuereinheit 17, welche unter anderem die Signale des mit dem Lenkrad 1 verbundenen Drehwinkelsensors 3, welche eine Lenkvorgabe des Fahrers wiedergeben, berücksichtigt, die entsprechende Verlagerung des Getriebeelements 19 und somit eine gewünschte Lenk- oder Verschwenkbewegung der lenkbaren Fzg.-Räder hervorrufen. Hierbei kann über die Auswertung eines Rotorpositions-Sensors des Aktuators 9 oder mit Hilfe eines nicht gezeigten Wegsensors der elektronischen Steuereinheit 17 die Position des genannten Getriebeelements 14 des Lenk-Getriebes 19 übermittelt werden.
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Wie die Figur zeigt, ist das besagte Getriebeelement 14 weiterhin Bestandteil einer Kolben-Zylinder-Einheit, die als sog. Hydraulik-Stelleinheit 13 fungiert, wobei das Getriebeelement 14 die beidseitig verlängerte Kolbenstange des Kolbens 13a dieser Hydraulik-Stelleinheit 13 bildet. Beidseitig des Kolbens 13a mündet im Innenraum des Zylinders 13b dieser Hydraulik-Stelleinheit 13 jeweils eine der beiden genannten Hydraulikleitungen 5, 6, so dass der Kolben 13a dieser Gleichgang-Hydraulik-Stelleinheit 13 ausgehend von einer Mittelstellung figürlich wahlweise nach links oder rechts verfahren werden kann. Entsprechend wird das Getriebeelement 14 verlagert. Über eine sog. Kurzschluss-Leitung 23, in welcher ein sog. Fail-Safe-Ventil 15 vorgesehen ist, können die beiden Hydraulik-Leitungen 5, 6 direkt hydraulisch miteinander verbunden werden. Dieses Fail-Safe-Ventil 15 ist vorzugsweise als sog. Stetigventil ausgebildet und kann somit die Kurzschluss-Leitung 23 nicht nur vollständig absperren oder vollständig freigeben, sondern es lassen sich auch beliebige Zwischenpositionen dieses Fail-Safe-Ventils 15 zwischen seinen beiden Endpositionen einstellen, in denen nur eine bestimmte geringe von der Hydraulik-Fördereinheit 7 bspw. in die Hydraulikleitung 5 geförderte Hydraulikmenge durch die Kurzschlussleitung 23 strömen kann, während die restliche von der Hydraulik-Fördereinheit 7 in die Hydraulikleitung 5 geförderte Hydraulikmenge in die linksseitig des Kolbens 13a liegende Kammer der Gleichgang-Hydraulik-Stelleinheit 13 gelangt. Abweichend von solchen Zwischenpositionen seien jedoch im weiteren zunächst die beiden möglichen Endpositionen oder Extrempositionen des Fails-Safe-Ventils 15 beschrieben:
Nimmt das Fail-Safe-Ventil 15 die in der Figur dargestellte Position ein, so ist die Kurzschluss-Leitung 23 vollständig abgesperrt und es gelangt ein Hydraulikmedium, welches bei entsprechender Betätigung des Lenkrads 1 von der Hydraulik-Fördereinheit 7 beispielsweise in der Hydraulikleitung 5 in Richtung der Hydraulik-Stelleinheit 13 verdrängt wird, vollständig in den Zylinder 13b dieser Hydraulik-Stelleinheit 13, und zwar in der Figurendarstellung linksseitig von deren Kolben 13a. Wird also durch Verdrehen des Lenkrads 1 der Kolben der Hydraulik-Fördereinheit 7 in der Figurendarstellung nach unten bewegt, so bewirkt das hierdurch aus der unterhalb des besagten Kolbens liegenden Arbeitskammer der Hydraulik-Fördereinheit 7 in die Hydraulikleitung 5 verdrängte Hydraulikmedium über die Hydraulik-Stelleinheit 13 eine Verlagerung des Getriebelements 14 nach rechts, wodurch die lenkbaren Räder in einen bestimmten Rad-Lenkwinkel bewegt werden und wobei ein bestimmter Lenkrad-Drehwinkel am Lenkrad 1 einem bestimmten Rad-Lenkwinkel entspricht. Dabei wird aus der in der 1 rechtsseitig des Kolbens 13a liegenden Kammer des Zylinders 13b Hydraulikmedium über die Hydraulikleitung 6 in die Hydraulik-Fördereinheit 7 (zurück) verdrängt, und zwar in die in der Figur oberhalb von deren Kolben liegende Arbeitskammer.
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Befindet sich abweichend von der Figurendarstellung und der vorhergehenden Schilderung das Fail-Safe-Ventil 15 in einer Position, in der die Kurzschluss-Leitung 23 vollständig freigegeben ist, so wird bei einer gleichen Verdrehbewegung des Lenkrads 1 das hierdurch aus der in der Figur unteren Arbeitskammer der Hydraulik-Fördereinheit 7 verdrängte Hydraulikmedium wegen des geringeren Widerstands über die Kurzschluss-Leitung 23 in die Hydraulik-Leitung 6 und durch diese in die in der Figur oberhalb des Kolbens der Hydraulik-Fördereinheit 7 liegende Arbeitskammer der Hydraulik-Fördereinheit 7 gefördert. In dieser soeben geschilderten Schalt-Position des Fail-Safe-Ventils 15 wird also bei einer Verdrehbewegung des Lenkrads 1 das Hydraulikmedium von der Hydraulik-Fördereinheit ausschließlich im weiter oben genannten lenkradseitigen Teil 8a des Hydraulikkreises 8 umgewälzt. Dabei stellt dieser zuletzt erläuterte Zustand den üblichen Betriebszustand bekannter by-wire-Lenksysteme mit hydraulischer Rückfallebene dar. Bei voller Funktionsfähigkeit eines üblichen by-wire-Lenksystems (gemäß dem bisherigen Stand der Technik) ist nämlich die sog. hydraulische Rückfallebene nicht aktiv und es werden die lenkbaren Räder aufgrund einer Verdrehbewegung des Lenkrads 1 wie weiter oben geschildert alleine durch den von der elektronischen Steuereinheit 17 entsprechend angesteuerten Aktuator 9 im Zusammenwirken mit dem Lenkgetriebe 19 verschwenkt. Dabei wird das durch eine Verlagerung des Kolbens 13a der Hydraulik-Stelleinheit 13 verdrängte Hydraulikmedium über einen sog. lenkgetriebeseitigen Teil 8b des Hydraulikkreises 8 umgewälzt, der neben der Hydraulik-Stelleinheit 13 die in diese führenden Abschnitte der Hydraulik-Leitungen 5, 6 sowie die dann offene Kurzschluss-Leitung 23 enthält. Über den bereits erwähnten Elektro-Motor 21, über den der Lenkspindel 2 mit Übertragung durch den Riementrieb 20 ein Drehmoment aufgeprägt werden kann, wird in diesem üblichen Betriebszustand am Lenkrad 1 ein für den Fahrer spürbares Handmoment eingestellt. Dieses Handmoment simuliert das bei herkömmlichen Lenksystemen mit andauerndem mechanischen Durchtrieb gewohnte Lenkmoment, auf welches auch bei einem steer-by-wire-System wegen der hierdurch für den Fahrer spürbaren Rückmeldung von der Fahrbahn nicht verzichtet werden soll. Demzufolge wirkt im üblichen Betriebszustand mit deaktivierter Rückfallebene der Motor 21 mit dem Riementrieb 20 als Lenkmoment-Simulator.
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Da jedoch beispielsweise der Aktuator 9 ausfallen kann oder in dessen Ansteuerung Störungen auftreten können und das Fahrzeug dennoch lenkbar bleiben muss, ist die besagte Rückfallebene vorgesehen, die durch die Hydraulik-Fördereinheit 7, den Hydraulikkreis 8 mit dann durch das Fail-Safe-Ventil 15 abgesperrter Kurzschluss-Leitung 23 sowie durch die Hydraulik-Stelleinheit 13 gebildet ist. Bei Ausfall des Aktuators 9 oder anderer wesentlicher Elemente des by-wire-Lenksystems, wenn also das „reguläre” Lenk-Getriebe 19 nicht wirksam sein kann, sperrt das genannte Fail-Safe-Ventil 15 die Kurzschluss-Leitung 23 stromlos unter Federkrafteinfluss selbsttätig ab und es kann dann über diese hiermit aktivierte Rückfallebene – wie weiter oben bereits erläutert wurde – weiterhin gelenkt werden, d. h. es können dann aus einer Verdrehbewegung des Lenkrads 1 heraus die lenkbaren Räder wie gewünscht verschwenkt werden. In diesem Zustand, in welchem das „reguläre” Lenk-Getriebe 19 nicht wirksam sein kann, wird das Lenkgetriebe praktisch durch die Hydraulik-Stelleinheit 13 gebildet. Damit der Fahrer in einem solchen Fall nicht durch ein plötzlich wesentlich höheres von ihm aufzubringendes Lenkmoment derart verwirrt wird, dass er sich nicht in der Lage sieht, wie erforderlich zu lenken, wird in einem solchen Zustand der aufgrund eines Systemfehlers aktivierten Rückfallebene der bereits genannte als Lenkmoment-Simulator fungierende Motor 21 als Servomotor eingesetzt und dabei so angesteuert, dass er mit dem abgegebenen Drehmoment den Fahrer bei der Ausübung seiner Lenkbewegung am Lenkrad unterstützt.
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Eine vergleichbare Ansteuerung des bei nicht aktiver Rückfallebene als Lenkmomentsimulator fungierenden Motors 21 erfolgt auch dann, wenn die Rückfallebene vorliegend durch Schließen des Fail-Safe-Ventils 15 und somit durch Unterbrechung der Kurzschluss-Leitung 23 aktiviert wird, obwohl kein Systemfehler vorliegt. Eine solche Aktivierung der Rückfallebene findet dann statt, wenn aufgrund einer sehr hohen, d. h. leistungsintensiven Lenkanforderung des Fahrers mit seinem Lenkrad 1 die vom Aktuator 9 bereit gestellte oder bereit stellbare Leistung nicht ausreicht, um die lenkbaren Räder der Lenkanforderung des Fahrers direkt folgend einzustellen. Ein solcher Fall kann insbesondere dann auftreten, wenn der Fahrer bei sehr geringen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs oder im Fahrzeugstillstand mit hoher Betätigungsgeschwindigkeit große Lenkwinkel einstellen möchte, was beispielsweise bei einem hektischen Parkiervorgang auftritt. Je nachdem wie leistungsstark der Aktuator 9 ausgelegt ist, kann jedoch ein solcher Fall, dass der Aktuator 9 alleine nicht den vom Fahrer gewünschten Lenkwinkel mit der vom Fahrer gewünschten Lenkwinkel-(Änderungs)-Geschwindigkeit einstellen kann, auch alleine bei sehr hoher Betätigungsgeschwindigkeit des Lenkrads 1 eintreten. Dann würde der Aktuator 9 alleine ohne weitere Unterstützung an den zu lenkenden Rädern den geforderten Lenkwinkel nur mit zeitlicher Verzögerung einstellen können. Indem in einem solchen oder vergleichbaren Fällen durch die elektronische Steuereinheit 17 die Rückfallebene aktiviert und der Motor 21 solchermaßen angesteuert wird, dass das von ihm abgegebene Moment den Fahrer beim Verdrehen des Lenkrads 1 unterstützt, wird dieses vom Motor 21 abgegebene Unterstützungsmoment über die Rückfallebene und somit über die Hydraulik-Stelleinheit 13 in eine gewünschte Verlagerungsbewegung des Getriebeelements 14 umgesetzt und steht damit dem Aktuator 9 unterstützend zur Verfügung. Dass ein solcher Betriebsfall, in dem wegen einer die maximale Stell-Leistung des Aktuators 9 überschreitenden Lenkanforderung des Fahrers die Rückfallebene zugeschaltet wird, vorliegt, wird in der elektronischen Steuereinheit 17 unter Auswertung der Signale des Drehwinkelsensors 3, dessen Signal in zeitlicher Ableitung die kritische Größe der Lenkwinkel-Geschwindigkeit darstellt, ggf. zusammen mit den Signalen des Drehmomentsensors 4 unter Vergleich mit festgelegten Grenzwerten festgestellt. Überschreiten die ermittelten oder ausgewerteten Messwerte die vorgegebenen Grenzwerte, so aktiviert die elektronische Steuereinheit die Rückfallebene und steuert den Motor 21 wie einen Servo-Motor an, der den Aktuator 19 unterstützt.
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Da sich jedoch beim Übergang des Betriebs des Motors 21 von seiner Haupt-Funktion als Lenkmoment-Simulator (bei vollständig abgeschalteter Rückfallebene) zu seiner zweiten Funktion als Unterstützungs-Motor (Servo-Motor) für den Aktuator 9 (bei vollständig zugeschalteter Rückfallebene mit geschlossenem Fail-Safe-Ventil 15 gemäß der Figurendarstellung) für den Fahrer am Lenkrad 1 ein ungewohntes Lenkmoment einstellen könnte, erfolgt ein Zuschalten bzw. Abschalten der Rückfallebene nicht schlagartig, sondern quasi geglättet unter zeitlicher Verzögerung, was im vorliegenden Fall einer hydraulischen Rückfallebene mit einem Fail-Safe-Ventil 15 einfach dadurch dargestellt werden kann, dass dieses Fail-Safe-Ventil 15 gezielt für eine kurze Zeitspanne eine oder mehrere Zwischenpositionen zwischen seinen beiden Endpositionen einnimmt. In solchen Zwischenpostionen ist abhängig vom Öffnungsgrad des Fail-Safe-Ventils 15 die Kurzschluss-Leitung 23 mehr oder weniger geöffnet, wobei nur ein Teilstrom des von der Hydraulik-Fördereinheit 7 in eine der beiden Hydraulikleitungen 5, 6 geförderten Hydraulikmediums über die Kurzschluss-Leitung 23 in die andere Hydraulikleitung 6 bzw. 5 gelangt, während der Rest des geförderten Hydraulikmediums in die Hydraulik-Stelleinheit 13 gelangt. Dort wird sodann hydraulischer Druck aufgebaut, der dem Fahrer über den Hydraulikkreis 8 und die Hydraulik-Fördereinheit 7 als Lenkmoment am Lenkrad 1 spürbar zurückgemeldet wird. Durch gezielte Positionierung des Fail-Safe-Ventils 15 unter geeigneter Ansteuerung durch die elektronische Steuereinheit 17 ist es also möglich, dem Fahrer an seinem Lenkrad 1 auch im Übergang des Betriebs des Motors 21 von der Lenkmoment-Simulator-Funktion zur Servo-Motor-Funktion ein realistisches bzw. gewünschtes Lenkmoment zu stellen. Es werden also zusammenwirkend das Fail-Safe-Ventil 15 hinsichtlich der einzustellenden Zwischenpositionen und der dem Lenkrad 1 zugeordnete Motor 21 unter Berücksichtigung des am Lenkrad 1 mittels eines Drehmomentsensors 4 gemessenen Drehmoments solchermaßen angesteuert, dass beim Zuschalten oder Abschalten der Rückfallebene keine für den Fahrer an seinem Lenkrad 1 spürbaren sprungartigen Drehmoment-Änderungen auftreten, sondern dass vielmehr ein sanfter Übergang zwischen dem Zustand bei vollständig abgeschalteter Rückfallebene und vollständig zugeschalteter Rückfallebene (und umgekehrt) stattfindet. Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass anstelle des Fail-Safe-Ventils 15 auch ein anderes vorzugsweise in einer weiteren Kurzschluss-Leitung zwischen den beiden Hydraulikleitungen 5, 6 vorgesehenes Ventil wie für das Fail-Safe-Ventil 15 beschrieben angesteuert werden kann, nämlich derart, dass die Rückfallebene nicht schlagartig, sondern zeitlich gestreckt im Hinblick auf einen sanften Übergang für das am Lenkrad 1 anliegende Lenkmoment zugeschaltet bzw. abgeschaltet wird.
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Ein derartiges mit einem sanften, zeitlich gestreckten Übergang erfolgendes Zuschalten bzw. Abschalten der Rückfallebene kann im übrigen auch dann durchgeführt werden, wenn die Rückschaltebene aus einem weiteren Grund als im Falle einer Funktionsstörung zugeschaltet oder abgeschaltet wird. Ein möglicher solcher weiterer Grund ist die Darstellung eines Lenkendanschlags für die Drehbewegung des Lenkrads 1. In der Steer-by-Wire-Funktion kann nämlich – wie eingangs bereits ausgeführt wurde – eine variable Lenkübersetzung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Lenkwinkel der lenkbaren Räder vorgesehen sein. Daher sollte auch ein variabler Endanschlag für das Lenkrad bzw. für den Lenkrad-Drehwinkel vorgesehen sein. Ein solcher variabler Endanschlag kann einfach dargestellt werden, indem kurz Erreichen des ohnehin vorgesehenen mechanischen Endanschlags für die lenkbaren Fahrzeugräder, der beispielsweise im Lenkgetriebe 14 integriert sein kann, die Rückfallebene wie beschrieben zugeschaltet wird. Wenn der Fahrer nach Erreichen des Endanschlages in die Gegenrichtung zurücklenkt, so wird die Rückfallebene wie beschrieben wieder abgeschaltet, und zwar vorzugsweise mit sanftem Übergang ohne nennenswerte für den Fahrer am Lenkrad 1 spürbare sprungartige Drehmoment- oder Lenkmoment-Änderungen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 200932744 A1 [0003]
- DE 19801393 C1 [0003, 0006]
