DE102012004503A1

DE102012004503A1 - Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Servolenksystems

Info

Publication number: DE102012004503A1
Application number: DE201210004503
Authority: DE
Inventors: Michael Redeker; André Wesenberg; Johannes Agostini
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2013-09-05

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Servolenksystems (7) in einem Kraftfahrzeug (1), bei welchem mittels einer Lenkhandhabe (6) ein Lenkradwinkel als Maß für einen Radlenkwinkel eines lenkbaren Rads (3) des Kraftfahrzeugs (1) eingestellt wird, und bei welchem ein Lenkhub einer Zahnstange (8) in einem Bereich vor einem mechanischen Endanschlag (10) der Zahnstange (8) durch Aufbringen einer der Lenkkraft entgegengerichteten Gegenkraft begrenzt wird, wird die Gegenkraft bei geringen Lenkwinkelgeschwindigkeiten begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Servolenksystems in einem Kraftfahrzeug, bei welchem mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkradwinkel als Maß für einen Radlenkwinkel eines lenkbaren Rads des Kraftfahrzeugs eingestellt wird, nach der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3 näher definierten Art.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 2008 040 202 A1 bekannt.
Derartige Servolenksysteme weisen einen mechanischen Endanschlag auf, durch den verhindert wird, dass ein mit der Zahnstange in Eingriff stehendes Zahnrad in denjenigen Bereich der Zahnstange gelangen kann, in dem keine Verzahnung mehr vorhanden ist, was ansonsten zu Beschädigungen des Zahnrads und der Zahnstange führen könnte. Auch ein im mechanischen Lenkgestänge vorhandener Kugelgewindetrieb könnte ohne eine solche Begrenzung des Lenkhubs beschädigt werden. Üblicherweise wird bei elektronischen Servolenksystemen der Lenkhub in einem Bereich vor dem mechanischen Endanschlag der Zahnstange begrenzt, indem eine der Lenkkraft entgegengerichtete Gegenkraft aufgebracht wird. Dies kann als softwaremäßige Begrenzung der Bewegung der Zahnstange angesehen werden. Durch die Begrenzung des Lenkhubs mittels dieser der Lenkkraft entgegengerichteten Gegenkraft wird verhindert, dass die Zahnstange an den mechanischen Endanschlägen anschlägt.
Nachteilig bei dieser softwaremäßigen Begrenzung des Lenkhubs ist allerdings die Tatsache, dass die durch das Servolenksystem gelenkten Räder nicht so stark eingeschlagen werden können, wie dies theoretisch möglich wäre, da die Gegenkraft bereits einen gewissen Winkelbereich vor dem Erreichen des Endanschlags aufgebracht wird und der Fahrer dann nicht mehr in der Lage ist, diese Gegenkraft zu überwinden. Dadurch wird der Wendekreis des Fahrzeugs stark eingeschränkt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösungen ist die verhältnismäßig unsanfte Wirkung der Gegenkraft, die im Bereich ihres Einsetzens zu einer Verunsicherung des Fahrers beitragen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Servolenksystems in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem das Aufbringen einer Gegenkraft gegen die Lenkkraft in einem Bereich vor einem mechanischen Endanschlag einerseits einen Schutz der mechanischen Bauteile bietet und andererseits den Lenkwinkel nicht unnötig einschränkt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Begrenzung bzw. Verringerung der Gegenkraft bei geringen Lenkgeschwindigkeiten ist es insbesondere bei Wende- bzw. Ein- oder Ausparkmanövern, die üblicherweise mit geringen Lenkwinkelgeschwindigkeiten durchgeführt werden, möglich, die Zahnstange weiter in den Bereich ihres Endanschlags zu bringen und dadurch den maximalen Lenkwinkel zu erhöhen, um ein stärkeres Einschlagen der Räder und damit einen geringeren Wendekreis des Fahrzeugs zu ermöglichen. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens macht sich jedoch auch bei sehr engen Kurven bemerkbar, bei denen der Lenkwinkel so gewählt ist, dass sich die Zahnstange im Bereich ihres mechanischen Endanschlags befindet, da solche Kurven noch enger umfahren werden können.
Dabei werden jedoch auch weiterhin Beschädigungen der Zahnstange bzw. des Zahnrads verhindert, da die Gegenkraft nicht aufgehoben, sondern lediglich in den Fällen begrenzt wird, in denen mit einer geringen Lenkwinkelgeschwindigkeit gelenkt wird, so dass ein Erreichen des Endanschlags sehr unwahrscheinlich ist bzw. ein solches Erreichen des Endanschlags keine Beschädigungen an den beteiligten Bauteilen auslöst. Im Grunde genommen wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der durch die Aufbringung der Gegenkraft erzeugte ”Software-Anschlag” verschoben.
Eine alternative Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 3 angegeben.
Bei dieser Vorgehensweise, bei der vorgesehen ist, die der Lenkkraft entgegengerichtete Gegenkraft bei höheren Fahrgeschwindigkeiten bei geringeren Lenkwinkeln und bei niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten erst bei größeren Lenkwinkeln aufzubringen, wird der Umstand ausgenutzt, dass bei geringen Fahrgeschwindigkeiten ein Erreichen des Bereichs vor dem mechanischen Endanschlag der Zahnstange weniger problematisch ist als bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, bei denen ein solches Erreichen des Endanschlags zu größeren Beschädigungen des Lenkgestänges führen kann. Daher wird bei höheren Fahrgeschwindigkeiten die Gegenkraft früher aufgebracht. Grundsätzlich ist eine Begrenzung des Lenkwinkels bei höheren Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs weniger problematisch, da das Fahrzeug bei höheren Geschwindigkeiten und großen Lenkwinkeln in Kurven meist untersteuert, d. h. über die Vorderräder rutscht, so dass ein höherer Lenkwinkel ohnehin keine wesentlich geringeren Kurvenradius ermöglichen würde. Dagegen kann durch das spätere Aufbringen der Gegenkraft bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs eine erhebliche Verringerung des Wendekreises erzielt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden Verfahren miteinander kombiniert werden, da auf diese Weise die sich jeweils ergebenden Vorteile optimal ausgenutzt werden können.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 ein Kraftfahrzeug, mit dem die erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden können;
2 ein Schaubild, das die Begrenzung der der Lenkkraft entgegengerichteten Gegenkraft bei geringen Lenkwinkelgeschwindigkeiten darstellt; und
3 ein Schaubild, das die geschwindigkeitsabhängige Aufbringung der Gegenkraft darstellt.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, von dem nur die hier relevanten Bauteile dargestellt sind, nämlich eine lenkbare Vorderachse 2, die zwei an den beiden Enden der Vorderachse 2 angebrachte Vorderräder 3 aufweist, eine Hinterachse 4, die zwei an den Enden der Hinterachse 4 angebrachte Hinterräder 5 aufweist, sowie eine im vorliegenden Fall auf die Vorderachse 2 wirkende Lenkhandhabe 6, die auch als Lenkrad bezeichnet werden kann. Die Darstellung der Verbindung der Lenkhandhabe 6 mit der Vorderachse 2 gemäß 1 ist als rein schematisch anzusehen und kann auf eine an sich bekannte Art und Weise realisiert werden. In dieser Verbindung der Lenkhandhabe mit der gelenkten Vorderachse 2 befindet sich ein elektronisches Servolenksystem 7, das neben der Lenkhandhabe 6 selbst eine Zahnstange 8 umfasst, die sich auf einem Ritzel bzw. Zahnrad 9 abwälzt. An beiden Enden der Zahnstange 8 ist jeweils ein mechanischer Endanschlag 10 für die Zahnstange 8 vorgesehen, der verhindert, dass das Zahnrad 9 in den Bereich der Zahnstange 8 gelangt, in dem diese keine Verzahnung aufweist.
In an sich bekannter Weise wird mittels der Lenkhandhabe 6 ein Lenkradwinkel als Maß für einen Radlenkwinkel eines der lenkbaren Vorderräder 3 eingestellt. Des Weiteren ist es an sich bekannt, den Lenkhub der Zahnstange 8 in einem Bereich vor einem der mechanischen Endanschläge 10 durch Aufbringen einer der Lenkkraft entgegengerichteten Gegenkraft zu begrenzen, um zu verhindern, dass die Zahnstange 8 mit einer zu großen Kraft auf einen der Endanschläge 10 auftrifft.
Gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren wird bei geringen Lenkwinkelgeschwindigkeiten die Gegenkraft, welche der über die Lenkhandhabe 6 aufgebrachten Lenkkraft entgegengerichtet ist, begrenzt bzw. verringert. Dadurch kann sich die Zahnstange 8 weiter in Richtung des jeweiligen Endanschlags 10 bewegen. In dem Schaubild von 2 ist dies dargestellt, indem die Endanschlagskraft bzw. das Endanschlagsmoment über dem Lenkwinkel aufgetragen ist. Des Weiteren ist dabei zu erkennen, dass im Bereich des Endanschlags, der mit der Linie E₁₀ bezeichnet ist, die Endanschlagskraft von der maximalen Kraft F_max auf ein niedrigeres Niveau, nämlich die reduzierte Kraft F_red verringert wird. Dabei ist die übliche Endanschlagskraft F_max mittels einer gestrichelten und die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte Endanschlagskraft F_red mit der durchgezogenen Linie dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Reduzierung nur ab einem bestimmten Lenkwinkel vollzogen wird, d. h. dass bei Unterschreiten dieses Lenkwinkels die bislang verwendete Endanschlagskraft auch weiterhin verwendet wird.
In 3 ist mittels eines Schaubilds ein Verfahren zum Betreiben des elektronischen Servolenksystems 7 dargestellt, bei welchem bei höheren Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs 1 die Gegenkraft bei einem geringeren Lenkwinkel aufgebracht wird als bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs. Dabei ist mit der Linie V₁ eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 von 10 km/h und mit der Linie V₂ eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 von 40 km/h dargestellt. Es ist zu erkennen, dass bei höheren Fahrgeschwindigkeiten die Endaschlagskraft bereits bei geringeren Lenkwinkeln aufgebracht wird als bei niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten. Zwischen 10 km/h und 40 km/h liegende Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs 1 können selbstverständlich ebenfalls auftreten, wobei die zugehörigen Kurven dann in dem Bereich zwischen den Linien V₁ und V₂ liegen.
Durch das frühere Einleiten der Gegenkraft wird eine stärkere Dämpfung und durch das spätere Einleiten der Gegenkraft eine schwächere Dämpfung erreicht, es lässt sich also eine Variation der Dämpfung erzielen.
Die beiden in den 2 bzw. 3 beschriebenen Verfahren können miteinander kombiniert werden. Des Weiteren sind die beiden Verfahren unabhängig davon durchführbar, ob das Kraftfahrzeug 1 mit einem Vorderrad-, Hinterrad- oder Allradantrieb versehen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008040202 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Servolenksystems in einem Kraftfahrzeug, bei welchem mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkradwinkel als Maß für einen Radlenkwinkel eines lenkbaren Rads des Kraftfahrzeugs eingestellt wird, und bei welchem ein Lenkhub einer Zahnstange in einem Bereich vor einem mechanischen Endanschlag der Zahnstange durch Aufbringen einer der Lenkkraft entgegengerichteten Gegenkraft begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkraft bei geringen Lenkwinkelgeschwindigkeiten begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei höheren Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs (1) die Gegenkraft bei einem geringeren Lenkwinkel aufgebracht wird als bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs (1).
Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Servolenksystems in einem Kraftfahrzeug, bei welchem mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkradwinkel als Maß für einen Radlenkwinkel eines lenkbaren Rads des Kraftfahrzeugs eingestellt wird, und bei welchem ein Lenkhub einer Zahnstange in einem Bereich vor einem mechanischen Endanschlag der Zahnstange durch Aufbringen einer der Lenkkraft entgegengerichteten Gegenkraft begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei höheren Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs (1) die Gegenkraft bei einem geringeren Lenkwinkel aufgebracht wird als bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs (1).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkraft bei geringen Lenkwinkelgeschwindigkeiten begrenzt wird.