DE102012015988A1 - Steering system with front axle steering and rear axle steering and method for controlling such a steering system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem mit Vorderachslenkung (12) und Hinterachslenkung (14) sowie ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Lenksystems. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug (10) mit einer Vorderachslenkung (12), einer Lenkhilfevorrichtung für die Vorderachslenkung (12), einer Hinterachslenkung (14) und einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung mit einer verbesserten Sicherheit zur Verfügung zu stellen. Für den gleichen Zweck soll ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems zur Verfügung gestellt werden. Ein erfindungsgemäßes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug (10) umfasst • eine Vorderachslenkung (12) mit einer Lenkhilfevorrichtung, • eine Hinterachslenkung (14), • eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung sowie • eine Steuervorrichtung, die mit mindestens einem Mittel zur Einstellung des maximalen Lenkwinkels an der Hinterachslenkung (14) in funktionaler Verbindung steht und derart konfiguriert ist, dass der maximale Lenkwinkel an der Hinterachslenkung (14) vergrößert wird, wenn die Überwachungseinrichtung eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung feststellt.The invention relates to a steering system with front axle steering (12) and rear axle steering (14) and a method for controlling such a steering system. The invention is based on the object of providing a steering system for a motor vehicle (10) with a front-axle steering (12), a power steering device for the front-axle steering (12), a rear-axle steering (14) and a monitoring device for monitoring the functionality of the power steering device with improved safety To make available. A method for controlling a steering system is to be made available for the same purpose. A steering system according to the invention for a motor vehicle (10) comprises • a front-axle steering (12) with a power steering device, • a rear-axle steering (14), • a monitoring device for monitoring the functionality of the power steering device and • a control device that has at least one means for setting the maximum Steering angle on the rear axle steering (14) is functionally connected and is configured such that the maximum steering angle on the rear axle steering (14) is increased when the monitoring device detects a restricted functionality of the power steering device.
Description
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem mit Vorderachslenkung und Hinterachslenkung sowie ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Lenksystems.The invention relates to a steering system with front axle steering and rear axle steering and a method for controlling such a steering system.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Vorderachslenkung, eine Lenkhilfevorrichtung für die Vorderachslenkung, einer Hinterachslenkung und einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung mit einer verbesserten Sicherheit zur Verfügung zu stellen. Für den gleichen Zweck soll ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems zur Verfügung gestellt werden.The invention has for its object to provide a steering system for a motor vehicle with a front axle steering, a steering aid for the front axle, a rear axle and a monitoring device for monitoring the operation of the power steering device with improved security. For the same purpose, a method for controlling a steering system should be provided.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Ansprüchen 1 bzw. 7.The object is achieved according to the invention with the claims 1 and 7, respectively.
Ein erfindungsgemäßes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst
- • eine Vorderachslenkung mit einer Lenkhilfevorrichtung,
- • eine Hinterachslenkung,
- • eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung sowie
- • eine Steuervorrichtung, die mit mindestens einem Mittel zur Einstellung des maximalen Lenkwinkels an der Hinterachslenkung in funktionaler Verbindung steht und derart konfiguriert ist, dass der maximale Lenkwinkel an der Hinterachslenkung vergrößert wird, wenn die Überwachungseinrichtung eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung feststellt.
- A front axle steering with a power steering device,
- A rear axle steering,
- • a monitoring device to monitor the functioning of the power steering device and
- A control device operatively connected to at least one means for adjusting the maximum steering angle at the rear axle steering and configured such that the maximum steering angle at the rear axle steering is increased when the monitoring device detects a limited functionality of the power steering device.
Das erfindungsgemäße Lenksystem hat den Vorteil, dass bei Ausfall einer in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Lenkhilfe der Vorderachslenkung, beispielsweise einer hydraulischen oder mechanischen Servounterstützung, die Lenkbarkeit des Kraftfahrzeuges und somit die Sicherheit verbessert wird. Denn der Ausfall einer Lenkhilfe führt üblicherweise zu einer signifikanten Erhöhung des Lenkmoments. Dies kann, insbesondere wenn es, während der Fahrt zu einem Ausfall kommt (und besonders bei ungeübten Fahrern) dazu führen, dass das Fahrzeug aufgrund des ungewohnt hohen Lenkmoments nur noch unzureichend gelenkt wird. Das erfindungsgemäße Lenksystem wirkt diesem Problem dadurch entgegen, dass der Lenkwinkel an der Hinterachslenkung vergrößert wird und so die erforderlichen Lenkbewegungen kleiner werden, weil der durch Lenkeinschlag an Vorderachse und Hinterachse gezielte Gesamtlenkwinkel vergrößert wird.The steering system according to the invention has the advantage that in case of failure of existing in a motor vehicle power steering of the front axle steering, such as a hydraulic or mechanical power assistance, the steerability of the motor vehicle and thus the safety is improved. Because the failure of a power steering usually leads to a significant increase in the steering torque. This can, especially if it comes during the trip to a failure (and especially inexperienced drivers) cause the vehicle due to the unusually high steering torque only is insufficiently steered. The steering system according to the invention counteracts this problem by the fact that the steering angle is increased at the rear axle steering and thus the required steering movements are smaller, because the targeted by steering angle to the front and rear axle total steering angle is increased.
Die Erfindung wird vorzugsweise an existierenden Fahrzeugen angewendet, die bereits über eine aktive Hinterachslenkungen verfügen. Bei derartigen Hinterradlenkungen ist der maximale Lenkwinkel in den meisten Fällen auf einen kleinen Lenkwinkel begrenzt, z. B. auf ±1°, ±2°, ±3°, ±4° oder auf ±5°. Der Lenkwinkel an der Hinterachse wird gleichsinnig zu dem Lenkwinkel an der Vorderachse eingestellt, wenn die größere Stabilität des Fahrzeugs und ein besserer Geradeauslauf erzielt werden soll. Der Lenkwinkel an der Hinterachse wird gegensinnig zum Lenkwinkel an der Vorderachse eingestellt, wenn die Wendigkeit des Fahrzeugs durch eine Vergrößerung der Gesamtlenkwinkels erhöht werden soll. Durch die vorliegende Erfindung soll der Gesamtlenkwinkel vergrößert werden. Sie bezieht sich somit auf den zweiten Fall einer gegensinnigen Bewegung der Räder an Vorderachse und Hinterachse. Stellt die Überwachungseinrichtung eine eingeschränkte Funktionalität der Lenkhilfevorrichtung fest, wird der maximale Lenkwinkel an der Hinterachslenkung vergrößert und beispielsweise auf ±6°, ±8°, ±10°, ±15° oder auf ±20° eingestellt.The invention is preferably applied to existing vehicles which already have active rear-axle steering. In such Hinterradlenkungen the maximum steering angle is limited in most cases to a small steering angle, z. To ± 1 °, ± 2 °, ± 3 °, ± 4 ° or to ± 5 °. The steering angle at the rear axle is adjusted in the same direction to the steering angle at the front axle, if the greater stability of the vehicle and a better straight-ahead is to be achieved. The steering angle at the rear axle is set in the opposite direction to the steering angle at the front axle, if the maneuverability of the vehicle is to be increased by increasing the overall steering angle. By the present invention, the total steering angle to be increased. It thus relates to the second case of an opposite movement of the wheels on the front and rear axles. If the monitoring device detects a limited functionality of the power steering device, the maximum steering angle at the rear axle steering is increased and set for example to ± 6 °, ± 8 °, ± 10 °, ± 15 ° or ± 20 °.
Als Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung eignen sich insbesondere Vorrichtungen zur Messung des Lenkmoments. Derartige Vorrichtungen sind bei vielen Lenksystemen bereits vorhanden, insbesondere bei aktiven Lenksystemen und bei elektromechanischen Lenksystemen. In diesem Fall kann eine bereits vorhandene Vorrichtung für das erfindungsgemäße Lenksystem genutzt werden, ohne dass die Herstellungskosten des Kraftfahrzeuges sich erhöhen.In particular, devices for measuring the steering torque are suitable as a monitoring device for monitoring the functionality of the power steering device. Such devices are already present in many steering systems, especially in active steering systems and in electromechanical steering systems. In this case, an existing device for the steering system according to the invention can be used without increasing the manufacturing cost of the motor vehicle.
In einer besonders einfachen Ausführungsform kann das Lenksystem zwei Funktionszustände umfassen, indem ein Schwellwert für das Lenkmoment festgelegt wird, der unterschritten werden muss, damit die Lenkhilfevorrichtung als funktionsfähig angesehen wird. Wird der Schwellwert überschritten, meldet die Überwachungsvorrichtung eine nicht bzw. eingeschränkt funktionsfähige Lenkhilfevorrichtung und veranlasst die Steuervorrichtung zur Vergrößerung des maximalen Lenkwinkels an der Hinterachslenkung.In a particularly simple embodiment, the steering system may include two functional states by setting a threshold value for the steering torque, which must be exceeded, so that the power steering device is considered to be functional. If the threshold value is exceeded, the monitoring device notifies a non-functioning or limited-functioning power steering device and causes the control device to increase the maximum steering angle at the rear axle steering.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Lenksystem drei, vier oder mehr Funktionszustände umfassen. Dazu können zwei, drei oder vier Schwellwerte festgelegt werden, bei deren jeweiligen überschreiten der nächste Funktionszustand aktiviert und der maximale Lenkwinkel um einen vorgegebenen Wert vergrößert wird.In another embodiment, the steering system may include three, four, or more functional states. For this purpose, two, three or four threshold values can be set, at the respective exceed the next functional state is activated and the maximum steering angle is increased by a predetermined value.
Ebenfalls möglich ist es, den Lenkwinkel mit Hilfe einer Kennlinie kontinuierlich oder in anderer Art und Weise an ein überhöhtes Lenkmoment und somit eine nicht ordnungsgemäß arbeitende Lenkhilfevorrichtung anzupassen.It is also possible to adjust the steering angle by means of a characteristic curve continuously or in another way to an excessive steering torque and thus a not properly working power steering device.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems ist die Steuervorrichtung zur Berücksichtigung und Auswertung von Fahrzustandsinformationen ausgebildet. Mit Fahrzustandinformationen ist insbesondere die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit gemeint. Es kann die Fahrsicherheit positiv beeinflussen und den zulässigen maximalen Winkel an der Hinterachslenkung auf einen kleinen Wert (z. B. auf ±1°, ±2°, ±3°, ±4° oder auf ±5°) begrenzen, wenn eine gewisse Fahrzeuggeschwindigkeit überschritten wird (z. B. 80 km/h, 100 km/h, 120 km/oder 160 km/h). Analog zu der oben im Zusammenhang mit dem, Lenkmoment beschriebenen Anpassbarkeit, können die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder weitere Fahrzustandsinformationen zur Definition einer Vielzahl von Funktionszuständen und somit einer detaillierteren Abstimmung des Lenksystems verwendet werden. Mit Fahrzustandsparametern sind alle messbaren Größen gemeint, die eine sinnvolle Prognose hinsichtlich realisierbarer sicherer Lenkwinkeleinstellungen ermöglichen. Nur beispielhaft wird diesbezüglich auf den aktuellen Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn, auf die aktuelle Querbeschleunigung und auf den aktuellen Schlupf verwiesen.In a further practical embodiment of the steering system according to the invention, the control device is designed to take into account and evaluate driving state information. With driving condition information, in particular the current vehicle speed is meant. It can have a positive effect on driving safety and limit the maximum permissible angle at the rear axle steering to a small value (eg ± 1 °, ± 2 °, ± 3 °, ± 4 ° or ± 5 °), if a certain amount Vehicle speed is exceeded (eg 80 km / h, 100 km / h, 120 km / or 160 km / h). Analogous to the adaptability described above in connection with the steering torque, the vehicle speed and / or further driving state information can be used to define a plurality of functional states and thus a more detailed tuning of the steering system. Driving condition parameters are all measurable quantities that allow a reasonable prognosis with regard to realizable safe steering angle settings. Only by way of example in this regard, the current coefficient of friction between the tire and the road, the current lateral acceleration and the current slip referenced.
Vorzugsweise sind die Vorderachslenkung und/oder die Hinterachslenkung eines erfindungsgemäßen Lenksystems elektromechanische Lenkungen. Solche Lenksysteme umfassen ein oder mehrere Elektrostellmotoren mit entsprechendem Steuergerät als Lenkhilfevorrichtungen. Derartige Lenksysteme sind im Vergleich zu hydraulischen Lenksystemen sehr kompakt und auch sicher, da bei einem Unfall kein Hydrauliköl austreten kann. Elektromechanische Lenkungen haben darüber hinaus den Vorteil, dass sie praktisch beliebig programmierbar sind und somit eine Realisierung des erfindungsgemäßen Systems ohne nennenswerte Zusatzkosten ermöglichen, sofern die gewünschten Lenkwinkel aus baulichen Gründen möglich sind.Preferably, the front axle steering and / or the rear axle steering of a steering system according to the invention are electromechanical steering systems. Such steering systems include one or more electric actuators with appropriate control unit as Lenkhilfevorrichtungen. Such steering systems are very compact and safe compared to hydraulic steering systems, as in an accident no hydraulic oil can escape. Electromechanical steering systems also have the advantage that they are practically arbitrarily programmable and thus allow realization of the system according to the invention without significant additional costs, provided that the desired steering angle for structural reasons are possible.
Falls die Hinterachslenkung eine separate Lenkhilfevorrichtung aufweist, erhöht sich das vom Fahrer aufzubringende Lenkmoment für die Betätigung der Hinterachslenkung bei Vergrößerung des maximalen Lenkwinkels nicht.If the rear axle steering has a separate power steering device, the steering torque to be applied by the driver for the actuation of the rear axle steering does not increase when the maximum steering angle is increased.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems sind die die Vorderachslenkung und die Hinterachslenkung mit ein oder mehreren Steuergeräten verbunden, die Bestandteil eines gemeinsamen Bussystems sind. Da derartige Bussysteme in den meisten heutigen Kraftfahrzeugen enthalten sind, können diese für die Implementation der Erfindung, insbesondere für die Nutzung bereits vorhandener und die Generierung neuer Informationen sowie für den Transfer dieser Informationen genutzt werden.In a further practical embodiment of the steering system according to the invention are the the front axle steering and the rear axle steering connected to one or more control devices that are part of a common bus system. Since such bus systems are contained in most of today's motor vehicles, they can be used for the implementation of the invention, in particular for the use of existing and the generation of new information and for the transfer of this information.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges
- • mit einer Vorderachslenkung umfassend eine Lenkhilfevorrichtung und
- • einer Hinterachslenkung,
- • with a front axle steering system comprising a power steering device and
- A rear axle steering,
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Fahrer des Kraftfahrzeuges eine optische, akustische und/oder haptische Rückmeldung gegeben, sobald eine eingeschränkte Funktionalität festgestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer ein Feedback darüber erhält, dass sich das Lenkverhalten des Kraftfahrzeugs geändert hat bzw. in Kürze verändern wird.In a further practical embodiment of the method according to the invention, the driver of the motor vehicle is given an optical, acoustic and / or haptic feedback as soon as a limited functionality is detected. This has the advantage that the driver receives feedback about the fact that the steering behavior of the motor vehicle has changed or will change shortly.
Alternativ oder in Ergänzung zu der vorstehend beschriebenen Rückmeldung kann der zweite maximale Lenkwinkel erst nach Ablauf einer Verzögerungszeit und/oder über eine Mindeststellzeit eingestellt werden. Eine Verzögerungszeit kann beispielsweise 0,5 Sekunden, eine Sekunde oder 3 Sekunden nach einer Rückmeldung bzw. nach Feststellung einer eingeschränkten Funktionalität der Lenkhilfevorrichtung betragen. Eine Mindeststellzeit kann auf konstante Zeitwerte, wie beispielsweise 3 Sekunden oder 5 Sekunden gesetzt werden. Sie kann auch auf konstante Änderungswerte, wie z. B. in Abhängigkeit der Winkelveränderungen gesetzt werden, z. B. 1° Winkelveränderung pro Sekunde etc.Alternatively or in addition to the feedback described above, the second maximum steering angle can be set only after a delay time and / or a minimum actuation time. A delay time can be, for example, 0.5 seconds, one second or 3 seconds after a feedback or after finding a limited functionality of the power steering device. A minimum settable time can be set to constant time values, such as 3 seconds or 5 seconds. It can also be used for constant change values, such as B. depending on the angle changes are set, for. B. 1 ° angle change per second etc.
Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem wurde bereits darauf verwiesen, dass der zweite maximale Lenkwinkel in Abhängigkeit des Lenkmoments, der Geschwindigkeit und/oder sonstiger Fahrzustandsparameter des Kraftfahrzeuges vorgegeben werden kann.In connection with the steering system according to the invention has already been referred to that the second maximum steering angle depending on the steering torque, the speed and / or other driving condition parameters of the motor vehicle can be specified.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Further practical embodiments and advantages of the invention are described below in conjunction with the drawings. Show it:
Die
Die gepunkteten Linien
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The invention is not limited to the embodiments described above. It can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the person skilled in the art.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 1212
- Vorderachslenkungfront axle
- 1414
- Hinterachslenkungrear axle
- 1616
- erstes Steuergerätfirst control unit
- 18 18
- zweites Steuergerätsecond control unit
- 2020
- Vorrichtung zur Messung des LenkmomentsDevice for measuring the steering torque
- 2222
- Lenksäulesteering column
- 2424
- Informationsfluss (gepunktete Linien)Information flow (dotted lines)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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