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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs bei Betätigung einer Lenkung in einer Kurvenfahrt mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiges Verfahren ist aus der
DE 10 2005 012 584 A1 bekannt geworden. Die dort beschriebene Erfindung nutzt eine sogenannte Überlagerungslenkung mit einem Überlagerungsgetriebe, bei der die durch den Fahrer initiierte Lenkbewegung und eine durch das Überlagerungsgetriebe initiierte Lenkbewegung, in das durch einen Stellantrieb eingegriffen wird, überlagert werden. Es wird somit eine freie Zuordnung zwischen einem vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel und einem sich einstellenden Lenkwinkel an den Rädern ermöglicht. Insbesondere soll durch das beschriebene Verfahren ein Überlenken des Fahrzeugs in einer Kurve (Untersteuerung) verhindert und eine maximale Seitenführungskraft an den Rädern gewährleistet werden.
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So wird konkret ein Überlenken anhand des Vorliegens einer Untersteuersituation erkannt, wenn die Differenz zwischen einem von dem Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel und einem Solllenkwinkel einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Der Solllenkwinkel wird so berechnet, dass er dem Lenkwinkel entspricht, der sich anhand eines Modells für das Fahrzeug aus erfassten Werten für die Gierrate und die Querbeschleunigung ergeben würde.
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Bei heutigen Achskonstruktionen von gelenkten Achsen (Vorderachsen) werden zum Abmildern von auftretenden Seitenkräften in Kurvenfahrten (sogenanntes Seitenkraftlenken) Gummilager zwischen der Lenkung und der mit dieser mittel- oder unmittelbar verbundenen Karosserie eingesetzt.
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Im Falle einer mittelbaren Befestigung der Lenkung mit der Karosserie wird zumeist ein rahmenartiges Bauteil (sogenannter Hilfsrahmen) eingesetzt, welches starr mit der Karosserie, beispielsweise mit den Längsträgern, verbunden ist. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise über eine Verschraubung.
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Unter Lenkung wird dabei insbesondere das Gehäuse des Lenkgetriebes verstanden, in dem eine quer zur Fahrzeuglängsrichtung verschiebliche Zahnstange untergebracht ist. Die Zahnstange wird durch Lenkbewegungen des Fahrers verschoben und ist über Spurstangen bewegungsmäßig mit den lenkbaren Vorderrädern verbunden. Hierdurch können die Vorderräder in eine Schrägstellung zur Realisierung einer Kurvenfahrt gebracht werden.
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Vollführt der Fahrer eine Kurvenfahrt, so treten, bedingt durch die Schrägstellung der Räder, Seitenkräfte auf. Die Seitenkräfte wirken auf die Zahnstange und damit auf das Gehäuse des Lenkgetriebes.
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Aufgrund der Nachgiebigkeit der eingesetzten Gummilagerung erfolgt ein seitlicher Versatz des Lenkgetriebe-Gehäuses, welches der Lenkbewegung des Fahrers entgegenwirkt. Auf diese Weise kann die ”Direktheit” der Lenkung bei Kurvenfahrten und die damit verbundene Seitenkraft etwas abgemildert werden.
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Allerdings ist der Einsatz derartiger Gummilager vergleichsweise teuer und führt zu deutlichen Mehrkosten bei der Fahrzeugherstellung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, hier Abhilfe zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausbildungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erhöhung der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs bei Betätigung einer Lenkung in einer Kurvenfahrt, wobei aufgrund einer durch einen Fahrer aufgebrachten Lenkbewegung ein Lenkwinkel an lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird und durch Aufbringung einer weiteren Lenkbewegung ein gegenüber der Fahrervorgabe geänderter Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern eingestellt wird.
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Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass die weitere Lenkbewegung der fahrerseitigen Lenkbewegung entgegengesetzt ist und durch die weitere Lenkbewegung eine elastische Befestigung der starr mit der Karosserie unmittelbar oder mittelbar verbundenen Lenkung simuliert wird.
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„Starr” bedeutet dabei, dass auf eine elastische Befestigung der Lenkung, wie sie beispielsweise durch die Verwendung von Gummilagern gegeben ist, verzichtet wird und eine dadurch bedingte Nachgiebigkeit nicht oder nur in zu vernachlässigender Größenordnung auftritt. Eine zu vernachlässigende Nachgiebigkeit ist allenfalls durch verwendete Bauteilpassungen beziehungsweise Bauteiltoleranzen gegeben.
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Auf diese Weise, also durch die Simulation einer elastischen Befestigung ist es möglich, kostenintensive Gummilager einsparen und dennoch deren Vorteile beim sogenannten Seitenkraftlenken realisieren zu können.
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Als Vorteil ist insbesondere zu nennen, dass auftretende Grenzbereiche einer an den lenkbaren Rädern übertragbaren Seitenkraft nicht so schnell erreicht werden und somit das Kraftfahrzeug beim Seitenkraftlenken für den Fahrzeugführer beherrschbarer bleibt.
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Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung wird die weitere Lenkbewegung in Abhängigkeit einer hinterlegten Kennlinie durchgeführt, wobei in der Kennlinie das Nachgiebigkeitsverhalten einer elastischen Lagerung für die Lenkung bei Auftreten einer auf die Lenkung wirkenden Seitenkraft abgebildet ist.
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Die Kennlinie wird vorzugsweise zu einem bestimmten Fahrzeugtyp und zu bestimmten elastischen Lagerungen unter verschiedenen Belastungssituationen im Versuch ermittelt und festgehalten. Eine andere Möglichkeit ist die Ermittlung ausschließlich durch Computersimulation.
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Aufgrund einer solchen Kennlinie ist es sehr genau möglich, später trotz Verwendung einer starren Lagerung das Lenkungsverhalten zu simulieren, was sich normalerweise bei Einsatz einer elastischen Lagerung in einem Kraftfahrzeug einstellen würde.
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In einer anderen Ausbildung der Erfindung wird dabei vorzugsweise das bei einer Kurvenfahrt aufgebrachte Lenkmoment erfasst und daraus die auf die Lenkung wirkende Seitenkraft abgeleitet. Aus der hinterlegten Kennlinie kann dann ein erforderlicher Rückstellweg für die Lenkung ermittelt und die Lenkung, d. h. die Zahnstange, um den erforderlichen Rückstellweg bewegt werden.
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Durch den Rückstellweg wird dann konkret die Nachgiebigkeit einer elastischen Befestigung, also beispielsweise von Gummilagern, simuliert.
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Diese Ausbildung des Verfahrens bietet den Vorteil, dass es bereits mit den ohnehin bei einer elektromechanischen Lenkung zur Verfügung stehenden Mitteln ausgeführt werden kann.
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So ist im Bereich der Eingangswelle des Lenkgetriebes üblicherweise ein Momentensensor zur Aufnahme des Lenkmomentes vorhanden. Aus dem erfassten Lenkmoment lässt sich ohne weiteres eine auf die Zahnstange einwirkende Seitenkraft ableiten.
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Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zu Grunde ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitzustellen.
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Ein solches Kraftfahrzeug weist eine elektromechanische Lenkung auf, welche wenigstens ein mechanisches Lenkgetriebe und einen dieses unterstützenden Elektromotor mit einem Steuergerät umfasst.
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Dabei ist die Lenkung erfindungsgemäß starr mit einer Karosserie unmittelbar oder mittelbar verbunden und dem Steuergerät ist ein bei einer Kurvenfahrt auftretendes Lenkmoment zuführbar. Im Steuergerät ist eine Kennlinie hinterlegt, aus der das Nachgiebigkeitsverhalten einer elastischen Lagerung für die Lenkung bei Auftreten einer auf die Lenkung wirkenden Seitenkraft ableitbar ist. Eine fahrerseitige Lenkbewegung ist dann durch eine solche, weitere Lenkbewegung überlagerbar, die einem Nachgeben einer elastischen Lagerung entspricht.
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Ein derartiges Kraftfahrzeug kann kostengünstig hergestellt werden und bietet dennoch beim Seitenkraftlenken das gleiche Verhalten, wie ein Kraftfahrzeug unter Verwendung herkömmlicher, elastischer Lager.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch
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1 die elastische Befestigung einer Lenkung gemäß dem Stand der Technik,
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2 ein Kraftfahrzeug mit einer starr befestigten Lenkung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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3 ein Signalschaubild zur Verdeutlichung der im Steuergerät hinterlegten Kennlinie.
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Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen.
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In dieser Figur ist eine Lenkung 2 ersichtlich, die gemäß dem Stand der Technik mit einem sogenannten Hilfsrahmen 26 elastisch befestigt, also elastisch gelagert ist.
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Die elastische Befestigung wird über Schrauben 24 realisiert, welche von einer Gummilagerung 25 konzentrisch umgeben sind. Konkret ist ein Lenkgetriebe-Gehäuse 21 der Lenkung 2 über drei elastische Befestigungspunkte 24, 25 mit dem Hilfsrahmen 26 verbunden.
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In dem Lenkgetriebe-Gehäuse 21 befindet sich eine in der Darstellung nicht ersichtliche Zahnstange, welche durch eine bewegungsmäßig mit einem nicht ersichtlichen Lenkrad gekoppelte Eingangswelle 20 bewegt wird.
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Die Bewegungen der Zahnstange werden über Spurstangen 23 in Lenkbewegungen von mit diesen verbundenen Vorderrädern (nicht dargestellt) umgesetzt.
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Ein Elektromotor 22 dient zur Unterstützung der von einem Fahrer gewünschten und durch die Eingangswelle 20 an die Zahnstange weiter geleiteten Lenkbewegungen.
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In einer Kurvenfahrt tritt, bedingt durch die Schrägstellung der Räder, eine Seitenkraft FS auf, welche auf die Lenkung 2, d. h. die erwähnte Zahnstange wirkt.
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Bei diesem sogenannten Seitenkraftlenken bildet sich auf Grund der Nachgiebigkeit der elastischen Befestigungen 24, 25 im Fall einer Linkskurve ein Versatz a aus.
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Durch diesen Versatz a wird die Lenkung 2 durch die wirkende Seitenkraft FS also in einem bestimmten (geringen) Maß nach links gedrückt, welches der fahrerseitigen Lenkbewegung bei einer Linkskurve entgegenwirkt.
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Ein entsprechender Versatz a nach rechts ergibt sich auf Grund einer in die andere Richtung wirkenden Seitenkraft bei einer Rechtskurve.
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Durch die beschriebene Nachgiebigkeit wird die ”Direktheit” der Lenkung etwas aufgemildert und kritische Grenzbereiche zur Untersteuerung werden nicht so schnell erreicht.
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Allerdings sind die dargestellten, elastischen Befestigungen 24, 25 vergleichsweise teuer.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren soll es möglich sein, auf die elastische Befestigung der Lenkung 2 am Hilfsrahmen 26 verzichten zu können.
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Der Hilfsrahmen 26 ist ein rahmenartiges Bauteil und dient unter anderem zur Unterstützung einer stabilen Einzelradaufhängung der Vorderräder sowie als Aggregate-Träger. Der Hilfsrahmen 26 ist bodenseitig starr mit einer nicht dargestellten Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden, vorzugsweise verschraubt.
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Unter Bezugnahme auf die 2 wird nunmehr ein Kraftfahrzeug K beschrieben, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergerichtet ist.
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Das Kraftfahrzeug K weist eine Lenkung 1 mit einer Zahnstange 17 auf.
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Im Gegensatz zur vorherigen Figur ist die Lenkung 1 über drei starre Befestigungspunkte 19 mit einem rahmenartigen Bauteil 18 (Hilfsrahmen) befestigt, welches seinerseits mit einer nicht dargestellten Karosserie des Kraftfahrzeugs K starr verbunden ist.
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Es erfolgt im Ausführungsbeispiel also keine elastische Befestigung der Lenkung 1 mit dem Hilfsrahmen 18, wie es gemäß dem Stand der Technik üblich ist.
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Vorzugsweise sind die starren Befestigungspunkte 19 über einfache, kostengünstige Verschraubungen realisiert.
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Wird durch den Fahrer eine Lenkbewegung LB (im vorliegenden Fall eine Linkskurve) durch Drehung eines Lenkrades 10 gewünscht, so wird die Lenkbewegung LB über eine Lenksäule 11 an die Zahnstange 17 weitergegeben und in eine Längsverschiebung Δl der Zahnstange 17 umgewandelt.
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Die Längsverschiebung Δl der Zahnstange 17 und mit dieser bewegungsmäßig gekoppelter Spurstangen 16 führt zu einer entsprechenden Schrägstellung der Vorderräder VR. Die Schrägstellung ist in der Figur durch einen Lenkwinkel α (Fahrervorgabe) beziffert.
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Bedingt durch die Schrägstellung der Vorderräder VR, wirkt wiederum eine Seitenkraft FS auf die Lenkung 1, d. h. die Zahnstange 17.
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Ein sich daraus ergebendes Lenkmoment wird durch einen Lenkmoment-Sensor 12 erfasst und über eine Signalleitung 13 an ein Steuergerät 14 eines Elektromotors 15 weitergegeben.
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Im Steuergerät 14 wird durch eine Auswerteeinheit 140 ein durch den Lenkmoment-Sensor 12 gemessenes Lenkmoment ML mit einer in einer Speichereinheit 141 hinterlegten Kennlinie für das Nachgiebigkeitsverhalten einer alternativ einsetzbaren, elastischen Befestigung für die Lenkung 1 verglichen.
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Die Kennlinie wird durch konkrete Werte x1 bis xn eines möglichen Lenkmomentes ML, konkrete Werte y1 bis yn einer das Lenkmoment ML verursachenden Seitenkraft FS sowie konkrete Werte a1 bis an eines sich daraus nachgiebigkeitsbedingt ergebenden Versatzes a der Zahnstange 17 gebildet.
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Ein für ein bestimmtes Lenkmoment ML konkret ermittelter Versatz a wird dann durch die Auswerteeinheit 140 des Steuergerätes 14 an den Elektromotor 15 als Steuersignal b für eine weitere Lenkbewegung weitergegeben. Durch die weitere Lenkbewegung b wird die Zahnstange 17 um den ermittelten Versatz a zurückstellt.
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Hieraus ergibt sich ein korrigierter Lenkwinkel α', der von der ursprünglichen Fahrervorgabe (Lenkwinkel α) abweicht, insbesondere geringer als der Lenkwinkel α ist.
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Somit kann trotz des Einsatzes von starren Befestigungspunkten 19 eine elastische Befestigung der Lenkung 1 am Hilfsrahmen 18 simuliert werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das bzw. die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Diese wurden nur zur allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung herangezogen. Die Erfindung kann im Rahmen ihres Schutzumfangs vielmehr auch andere als die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele bzw. Ausprägungen annehmen. Hierbei kann sie insbesondere auch solche Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus Einzelmerkmalen der jeweiligen Ansprüche darstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkung
- 10
- Lenkrad
- 11
- Lenksäule
- 12
- Lenkmoment-Sensor
- 13
- Signalleitung
- 14
- Steuergerät
- 140
- Auswerteeinheit
- 141
- Speichereinheit mit Kennlinie für das Nachgiebigkeitsverhalten
- 15
- Elektromotor
- 16
- Spurstangen
- 17
- Zahnstange
- 18
- rahmenartiges Bauteil (Hilfsrahmen)
- 19
- starre Befestigungspunkte
- 2
- Lenkung
- 20
- Eingangswelle
- 21
- Lenkgetriebe-Gehäuse
- 22
- Elektromotor
- 23
- Spurstangen
- 24
- Schrauben
- 25
- Gummilagerung
- 26
- rahmenartiges Bauteil (Hilfsrahmen)
- a
- Versatz aufgrund Nachgiebigkeit einer elastischen Lagerung
- b
- Steuersignal für eine weitere Lenkbewegung (entspricht Versatz a)
- α
- Lenkwinkel gemäß Fahrervorgabe
- α'
- korrigierter Lenkwinkel aufgrund simulierter Nachgiebigkeit
- Δl
- Längsverschiebung
- FS
- Seitenkraft
- K
- Kraftfahrzeug
- LB
- Lenkbewegung
- ML
- Lenkmoment
- VR
- Vorderräder
- x1...xn
- Werte des Lenkmomentes
- y1...yn
- Werte der Seitenkraft
- a1...an
- Werfe des Versatzes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005012584 A1 [0002]
