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Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug für nach dem Oberbegriff eines nebengeordneten Anspruchs.
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Elektrische Hilfskraftlenkungen für Lenksysteme für Kraftfahrzeuge sind allgemein bekannt. Fällt die Hilfskraftlenkung aus, so hat dies eine unmittelbare Reduktion der Lenkkraftunterstützung zur Folge.
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Mithin ist es Aufgabe der Erfindung, eine unmittelbare Reduktion der Lenkkraftunterstützung zu verhindern.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Lenksystem nach dem Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems nach einem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Es wird ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Hilfskraftlenkung zur Einbringung eines Unterstützungsmoments in ein Lenkgetriebe vorgeschlagen. Die Hilfskraftlenkung ist mittels eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgbar. Ein Energiespeicher zur Energieversorgung der Hilfskraftlenkung ist aktivierbar, sobald ein Fehler in Bezug auf das Bordnetz ermittelbar ist. Vorteilhaft wird die Lenkkraftunterstützung so nicht unmittelbar auf einen Fehler in Bezug auf das Bordnetz hin reduziert. Solange Energie von dem Energiespeicher abrufbar ist, kann die Hilfskraftlenkung aktiviert bleiben. Insbesondere wird dadurch verhindert, dass bei einem Abruf des Unterstützungsmoments durch den Fahrer das Unterstützungsmoment nicht unmittelbar einbricht, sondern dem Fahrer kann zur Kenntnis gebracht werden, dass ein Problem bezüglich der Hilfskraftlenkung besteht und gleichzeitig kann die Lenkraftunterstützung beibehalten werden. Somit wird vorteilhaft die Fahrsicherheit erhöht. Insgesamt ergeben sich so veränderte Anforderungen an das Bordnetz des Kraftfahrzeugs. Insbesondere beim hochautomatisierten Fahren kann ein Lenksystem ohne ein redundantes Bordnetz betrieben werden, womit erhebliche Kosteneinsparungen möglich sind. Es wird somit ein Lenksystem bzw. ein Verfahren geschaffen, bei dem die Fahrsicherheit erhöht und gleichzeitig die Kosten reduziert werden können.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Energiespeicher einen elektrochemischen Energiespeicher, insbesondere einem Superkondensator und/oder einem einmalig aktivierbaren Energiespeicher und/oder einen elektromechanischen Energiespeicher, insbesondere einen Schwungradspeicher. Bei der Ausführung als Superkondensator kann dieser während eines Normalbetriebs des Lenksystems, d.h. ohne einen Fehler in Bezug auf das Bordnetz, betrieben werden und ist innerhalb von kurzer Zeit geladen und aktivierbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist dies Hilfskraftlenkung mittels eines Schalters von dem Bordnetz trennbar, sobald der Fehler in Bezug auf das Bordnetz ermittelbar ist. Vorteilhaft kann so keine Energie von der Hilfskraftlenkung in das Bordnetz abfließen und steht damit der Einbringung des Unterstützungsmoments zur Verfügung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Lenkmoment über einen Zeitraum kontinuierlich ausrampbar, sobald der Fehler in Bezug auf das Bordnetz ermittelbar ist. Vorteilhaft kann so der Fahrer mittels des Unterstützungsmoments zwar unterstützt werden, wird jedoch gleichzeitig auf das Problem bezüglich der Hilfskraftlenkung aufmerksam gemacht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Lenkmoment über einen Zeitraum kontinuierlich einrampbar, sobald der Fehler in Bezug auf das Bordnetz nicht mehr vorliegt. Hierdurch ist vorteilhaft einen Rückkehr in den Normalbetrieb möglich, wenn eine Energieversorgung wieder über das Bordnetz möglich ist. So kann auf vorteilhafte Art und Weise ein Zeitraum, in dem das Bordnetz nicht zur Energieversorgung der Hilfskraftlenkung bereitsteht, überbrückt werden, ohne dass die Lenkunterstützung für den Fahrer unterbrochen wird.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Es werden für funktionsäquivalente Größen und Merkmale in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug in schematischer Form; und
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2 und 3 jeweils ein schematisches Ablaufdiagramm.
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1 zeigt in schematischer Form ein Lenksystem 2 mit einer Hilfskraftlenkung 4. Des Weiteren kann das Lenksystem 2 auch eine Überlagerungslenkung 6 umfassen. Das Lenksystem 3 weist ein Lenkgetriebe 8 auf, das beispielsweise als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Ebenso kann das Lenkgetriebe 8 auch als Kugelumlaufgetriebe bzw. Kugelmuttergetriebe ausgebildet sein. In dieser Beschreibung wird überwiegend von einer Zahnstangenlenkung ausgegangen. Das Lenkgetriebe 8 ist über ein Ritzel 10 und eine Zahnstange 12 auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 14 verbunden, das jeweils mit einem Rad 16 zusammenwirkt. Selbstverständlich kann das Lenksystem auch anders ausgestaltet sein. Andere Ausführungsformen können beispielsweise durch andere Lenkgetriebe oder durch eine andere Anordnung von Antrieben ausgeführt sein. Ferner können Sensoren in dem Lenksystem angeordnet sein, auf deren Anordnung und Ausführung an dieser Stelle nicht eingegangen wird.
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In einem Drehstab 18 ist ein Lenkmittel 20, beispielsweise ein Lenkrad angeordnet. Mittels der Überlagerungslenkung 6 kann der von dem Fahrzeugführer aufgebrachte Lenkmittelwinkel hin zum Lenkgetriebe 8 vergrößert oder verkleinert werden. Diese Lenkmitteldifferenz, die von der Überlagerungslenkung 6 in das Lenkgetriebe 8 eingebracht wird, wird auch als Zusatzlenkwinkel bezeichnet. Selbstverständlich kann anstatt eines Drehstabes auch eine Lenksäule zwischen dem Lenkmittel 20 und der Überlagerungslenkung 6 angeordnet sein. In dieser Ausführungsform ist der Drehstab zwischen der Überlagerungslenkung 6 und der Hilfskraftlenkung 4 bzw. dem Lenkgetriebe 8 angeordnet.
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Die Hilfskraftlenkung 4 umfasst ein Steuergerät 21, das ein gewünschtes Unterstützungsmoment 22 an eine Leistungselektronik 25 übermittelt, die in Abhängigkeit von dem Unterstützungsmoment 22 elektrische Energie auf Leitungen 24 in elektrische Energie auf Leitungen 26 in Abhängigkeit von dem Unterstützungsmoment 22 umformt, um einen Elektromotor 28 zu betreiben. Mithin leitet der Elektromotor 28 das Unterstützungsmoment 22 über ein Getriebe 30 und die Zahnstange 12 in das Lenkgetriebe 8 ein.
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Das Steuergerät 21 weist in nicht gezeigter Form ein digitales Rechengerät auf, das über eine Datenleitung mit einem Speichermedium verbunden ist. Auf dem digitalen Rechengerät werden die hier beschriebenen Verfahren ausgeführt. Auf dem Speichermedium ist ein auf dem digitalen Rechengerät auszuführendes Computerprogramm abgespeichert. Selbstverständlich kann die Hilfskraftlenkung 4 auch redundant ausgeführt sein.
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Der Hilfskraftlenkung 4 ist ein Energiespeicher 32 zugeordnet, der vorliegend zwischen die Leitungen 24 geschaltet ist. Des Weitern kann zwischen den Leitungen zumindest eine der Leitungen 24 weist einen Schalter 34 auf, der mittels eines Signals 36 von dem Steuergerät 21 öffenbar oder schließbar ist. Das Steuergerät 21 selbst ist an die Leitungen 24 zu dessen Energieversorgung angeschlossen. An die Leitungen 24 ist eine Überwachungseinheit 38 angeschlossen, die eingangsseitig an Bordnetzleitungen 40 und damit an ein Bordnetz 42 des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Die Überwachungseinheit 38 erzeugt ein Überwachungssignal 44 in Abhängigkeit von dem Zustand des Bordnetzes 42. Die Überwachungseinheit 38 ermittelt einen Fehler in Bezug auf das Bordnetz 42, wenn beispielsweise eine Spannung zwischen den Leitungen 40 unter einen Schwellwert fällt oder aber einen Schwellwert übersteigt. Ein weiteres Beispiel zur Erkennung des Fehlers in Bezug auf das Bordnetz 42 ist beispielsweise die Stromflussrichtung. Entsprechend umfasst die Überwachungseinheit 38 entsprechende Sensorik zur Ermittlung des Fehlers des Bordnetzes 42. Mittels des Überwachungssignals 44 wird somit der Fehler in Bezug auf das Bordnetz 42 an das Steuergerät 21 übermittelt. In Abhängigkeit von dem ermittelten Fehler in Bezug auf das Bordnetz 42 wird beispielsweise der in einem Normalbetrieb mit dem Bordnetz 42 geschlossene Schalter 34 geöffnet, womit ein Umschalten der Energieversorguung von dem Bordnetz 42 auf den Energiespeicher 42 passiert. Je nach Ausgestaltung des Energiespeichers 32 wird der Energiespeicher 32 von dem Steuergerät 21 mittels eines nicht dargestellten Aktivierungssignals aktiviert, sobald der Fehler in Bezug auf das Bordnetz 42 ermittelt wird.
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Der Energiespeicher 32 kann beispielsweise ein elektrochemischer oder ein elektromechanischer Energiespeicher sein. Insbesondere ist der Energiespeicher 32 als Superkondensator ausgebildet. Im Falle eines elektromechanischen Energiespeichers kann dieser als Schwungradspeicher ausgebildet sein.
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Des Weiteren ist der Energiespeicher 32 ein einmalig aktivierbarer Energiespeicher, der vom Steuergerät 21 in nicht gezeigter Form mittels des Aktivierungssignals bei Vorliegen des Fehlers aktiviert wird. Der einmalig aktiviere Energiespeicher wird auch als Thermal- oder Schmelzbatterie bezeichnet, bei dem ein Elektrolyt von Primärzellen als auskristallisiertes Salz ausgeführt ist. Die einmalige Aktivierung des Energiespeichers lässt sich durch aufschmelzen erreichen. Das aufgeschmolzene Elektrolyt bildet mit den Anoden und Kathoden eine Primärzelle, womit die Energie zum Betrieb der Hilfskraftlenkung 4 zur Verfügung steht. In einer Ausführungsform wird das Aufschmelzen elektronisch gestartet und mittels eines pyrotechnischen Salzes erreicht. Beispielsweise kann ein aus einem Brenn-/Sprengstoff hergestelltes Papier in dem vom Salz ausgefüllten Raum eingebracht sein. Beim elektronischen Zünden erzeugt der Brenn-/Sprengstoff eine exotherme Reaktion, die das Salz auf die Schmelztemperatur bringt. Selbstverständlich kann das Zünden auch mechanisch, beispielsweise mittels eines vorgespannten Bolzens, erfolgen. Mithin steht die Energie im Millisekundenbereich zur Verfügung und die Hilfskraftlenkung 4 kann ohne Energie aus dem Bordnetz 42 weiterbetrieben werden. Vorteilhaft ist das auskristallisierte Elektrolyt nahezu unbegrenzt lange ohne nennenswerte Kapazitätsverluste lagerbar. Neben der hohen Energie- und Leistungsdichte kann kurzzeitig sehr viel Leistung abgerufen werden und aufgrund der Bauart ist der einmalig aktivierbare Energiespeicher 32 sehr robust gegenüber Umwelteinflüssen. Selbstverständlich lassen sich auch unterschiedliche Energiespeicher 32, beispielsweise ein Superkondensator und ein einmalig aktivierbarer Energiespeicher kombinieren. Vorteilhaft zeichnet sich der Superkondensator dadurch aus, dass er innerhalb von Sekunden aufgeladen ist und eine hohe Kapazität aufweist.
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2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm 46. In einem Schritt 48 wird der Fehler in Bezug auf das Bordnetz 42 mittels der Überwachungseinheit 38 ermittelt. In einem Schritt 50 wird der Energiespeicher 32 aktiviert. Diese Aktivierung kann durch das Steuergerät 21 erfolgt oder erfolgt durch den Energiespeicher 32 selbst. In einem Schritt 52 wird der Schalter 34 durch das Steuergerät 21 geöffnet. In einem Schritt 54 wird das Unterstützungsmoment 22 über einen Zeitraum ausgerampt. Das Ausrampen des Unterstützungsmoments 22 bedeutet, dass ein vom Steuergerät 21 berechnetes Unterstützungsmoment beispielsweise mit einem über den Zeitraum abnehmenden Faktor multipliziert wird, bis kein Unterstützungsmoment 22 mehr zur Verfügung steht. In einer weiteren Ausführungsform wird abhängig vom Ladezustand des Energiespeichers 32 der Faktor ermittelt.
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3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm 56. In einem Schritt 58 wird mittels der Überwachungseinheit 38 erkannt, dass das Bordnetz 42 wieder zum Betrieb der Hilfskraftlenkung 4 bereitsteht, was bedeutet, dass der Fehler in Bezug auf das Bordnetz 42 nicht mehr vorliegt. In einem Schritt 60 wird der Schalter 34 geschlossen, um so das Bordnetz 42 wieder zum Betrieb der Hilfskraftlenkung 4 einzusetzen. In einem Schritt 62 wird das Unterstützungsmoment wieder eingerampt, was bedeutet, dass das vom Steuergerät 21 errechnete Unterstützungsmoment beispielsweise mit einem Faktor multipliziert wird, der sich über den Zeitraum erhöht. In einem Schritt 64 kann der Energiespeicher 32 deaktiviert werden. Selbstverständlich kann der Energiespeicher 32 je nach Ausführung nach dem Schritt 62 wieder aus dem Bordnetz 42 geladen werden.
