DE102016202606A1

DE102016202606A1 - Lenkvorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102016202606A1
Application number: DE102016202606.2A
Authority: DE
Inventors: Malte Rothhämel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-02-20
Also published as: DE102016202606B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Lenkvorrichtung (1) mindestens eine Ventileinrichtung (2) mit einer Stelleinrichtung umfasst, wobei die Ventileinrichtung (2) zur Führung mindestens eines Fluidstroms dient, wobei durch die Stelleinrichtung in Abhängigkeit einer Relativverdrehung zwischen einer Eingangswelle (9) und einer Ausgangswelle (11) ein verdrehungsbedingter Anteil eines Zusatzmoment einstellbar ist, wobei die Lenkvorrichtung (1) einen ersten Aktuator (6) umfasst, wobei die Lenkvorrichtung (1) mindestens einen weiteren Aktuator (7) zur Verstellung der Stelleinrichtung umfasst, wobei Abtriebsmomente der Aktuatoren (6, 7) zur Bereitstellung eines Verstellmoments überlagerbar sind, wobei durch eine Verstellung der Stelleinrichtung durch mindestens einen der Aktuatoren (6, 7) ein aktuatorbedingter Anteil des Zusatzmoments einstellbar ist, wobei die Lenkvorrichtung (1) mindestens eine Einrichtung zur Reduzierung des Fluiddrucks (p) des Fluidstroms umfasst, wobei der Fluiddruck (p) des Fluidstroms reduzierbar ist, wenn ein Fehlerzustand mindestens eines der Aktuatoren (6, 7) detektiert wird. sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Lenkvorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zur Steuerung der Lenkvorrichtung.
Für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Lastkraftwagen, existieren sogenannte aktive Lenkungen. Drehmomente, die insbesondere auch als sogenannte Zusatzmomente bezeichnet werden können, unterstützen einen Kraftfahrzeugführer bei einem Lenkvorgang.
Die DE 10 2010 041 812 A1 offenbart ein Betriebsverfahren für ein hydraulisches Servo-Lenksystem, bei dem ein die Unterstützungskraft in ein Lenkgetriebe einleitender Lenkzylinder über ein Lenkventil, dessen Lenkventilöffnung die Unterstützungskraft vorgibt, in einen Hydraulikkreis eingebunden ist. Der Hydraulikkreis wird von einer hinsichtlich ihres Förder-Volumenstroms regulierbaren Hydraulikpumpe gespeist. Die Unterstützungskraft durch das Lenkventil in Abhängigkeit eines an einem Lenkrad anliegenden Lenkmoments ist einstellbar und ist zusätzlich dazu durch einen Aktuator modulierbar. Das Betriebsverfahren sieht einen Betriebszustand vor, bei der eine Unterstützungskraft Veränderungen, die durch eine Variation des Fördervolumens bewirkt wird, durch die Modulierung der Ventilcharakteristik durch den Aktuator unterstützt oder diesen entgegengewirkt wird.
Die EP 2 222 531 offenbart ein Servoventil für eine hydraulische Servolenkung von Kraftfahrzeugen mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, jeweils um eine gemeinsame Längsachse drehbar, und mindestens zwei Ventilelementen, nämlich einer röhrenförmigen äußeren Steuerhülse, die mit der Ausgangswelle verbunden ist und in ihrer Innenfläche erste Steuernuten aufweist, einem innerhalb der äußeren Steuerhülse und koaxial zu diesem ausgerichteten inneren Steuerelement, das mit der Eingangswelle verbunden ist und auf seiner Außenfläche zweite Steuernuten aufweist, die mit den ersten Steuernuten der äußeren Steuerhülse in Deckung bringbar sind.
Die nachveröffentlichte DE 10 2015 212 173.9 offenbart ein Lenksystem mit mindestens zwei Elektromotoren, wobei diese ein Lenkmoment auf mindestens eine Komponente des Lenksystems aufbringen und/oder ein Servoventil des mindestens einen Hydraulik-Kreises ansteuern.
Die WO 2010/125044 A1 offenbart eine Servolenkbaugruppe für eine hydraulische Servolenkung von Kraftfahrzeugen, umfassend wenigstens ein hydraulisches Servoventil mit einem Stellglied zur Steuerung der Lenkunterstützung in Abhängigkeit der Relativverdrehung einer Eingangswelle gegenüber einer Ausgangswelle, wenigstens zwei Planetengetriebe zur Übertragung der Drehbewegung der Eingangswelle oder der Ausgangswelle auf das Stellglied, wobei jeweils ein erstes Funktionselement des einen Planetengetriebes mit der Eingangswelle oder der Ausgangswelle und ein erstes Funktionselement des anderen Planetengetriebes mit dem Stellglied drehfest verbunden ist und jeweils ein zweites Funktionselement zur Kopplung der Planetengetriebe vorgesehen ist sowie wenigstens einen Aktuator zur Relativverstellung des Stellglieds gegenüber der Eingangswelle oder der Ausgangswelle, um die Lenkunterstützungscharakteristik zu beeinflussen.
Eine solche Servolenkbaugruppe hat den Nachteil, dass Fehlerzustände auftreten können, in denen ein bereitgestelltes, hohes Zusatzdrehmoment aufgrund eines fehlerhaften Betriebszustands bestehen bleibt und nicht abgebaut wird. Ein solcher Zustand ist beispielsweise gegeben, wenn das Stellglied maximal ausgelenkt ist, sodass ein maximales Zusatzmoment bereitgestellt wird und der Aktuator ausfällt. In diesem Fall kann das Servoventil einen maximalen Volumenstrom einstellen, der nicht mehr durch den ausgefallenen Aktuator reduziert werden kann.
Es stellt sich das technische Problem, eine Lenkvorrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug zu schaffen, die eine Betriebssicherheit der Lenkvorrichtung verbessern.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug. Die Lenkvorrichtung kann insbesondere eine Lenkvorrichtung für einen Lastkraftwagen sein.
Die Lenkvorrichtung umfasst mindestens eine Ventileinrichtung mit einer Stelleinrichtung. Die Ventileinrichtung dient zur Führung eines Fluidstroms oder mehrerer Fluidströme, wobei mittels der Stelleinrichtung der mindestens eine Fluidstrom durch die Ventileinrichtung veränderbar ist. Der Fluidstrom dient wiederum der Erzeugung eines Zusatzmoments, insbesondere über einen hydraulischen Aktor (hydraulische Servolenkung). Beispielsweise kann das erzeugte Zusatzmoment umso höher sein, je höher eine Durchflussmenge durch die Ventileinrichtung und/oder der von der Ventileinrichtung eingestellte Druck des Fluids ist. Hierbei kann die Durchflussmenge und/oder der Druck mittels der Stelleinrichtung veränderbar sein.
Die Stelleinrichtung kann hierbei Teil der Ventileinrichtung sein. Insbesondere kann die Stelleinrichtung durch Ventilelemente ausgebildet werden.
Das Zusatzmoment bezeichnet hierbei ein Moment, welches ein von einem Fahrzeugführer oder einer fahrzeugführenden Einrichtung oder bei der Durchführung eines automatischen Fahrbetriebs erzeugtes Drehmoment überlagert. Erzeugt ein menschlicher Fahrzeugführer das Moment, so kann das erzeugte Moment auch als Hand- oder Lenkradmoment bezeichnet werden.
Nachfolgend bezeichnet ein vom Fahrzeugführer erzeugtes Moment auch ein von einer fahrzeugführenden Einrichtung, beispielsweise einem entsprechenden Assistenzsystem, erzeugtes Moment oder ein Moment, welches bei der Durchführung eines automatischen Fahrbetriebs erzeugt wird. Der automatische Fahrbetrieb kann einen fahrerlosen Fahrbetrieb bezeichnen. Die Lenkvorrichtung kann somit auch das Lenken des Fahrzeugs in einem automatischen Fahrbetrieb, insbesondere in einem hochautomatischen oder fahrerlosen Betrieb, durchführen.
Durch die Stelleinrichtung ist in Abhängigkeit einer Relativverdrehung zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle ein verdrehungsbedingter Anteil eines Zusatzmoments einstellbar. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle können Teil der Lenkvorrichtung sein. Die Eingangswelle kann insbesondere mit einer Lenkhandhabe, beispielsweise einem Lenkrad, mechanisch verbunden sein. Mittels der Lenkhandhabe kann ein Fahrzeugführer ein Drehmoment (Lenkradmoment) auf die Eingangswelle ausüben. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle können hierbei über einen Torsionsstab verbunden sein.
Beispielsweise kann das Zusatzmoment umso größer sein, je größer die Relativverdrehung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ist. Insbesondere kann durch die Stelleinrichtung in Abhängigkeit der Relativverdrehung eine Durchflussrate und/oder eine Durchflussmenge des Fluidstroms durch die Ventileinrichtung eingestellt werden.
Weiter umfasst die Lenkvorrichtung einen ersten Aktuator zur Verstellung der Stelleinrichtung.
Erfindungsgemäß umfasst die Lenkvorrichtung mindestens einen weiteren Aktuator zur Verstellung der Stelleinrichtung. Weiter sind Abtriebsmomente der Aktuatoren zur Bereitstellung eines Verstellmoments überlagerbar. Das Verstellmoment kann hierbei ein Moment bezeichnen, welches auf die Verstelleinrichtung ausgeübt wird, um deren Verstellung zu bewirken.
Dies kann bedeuten, dass mittels des ersten und/oder des weiteren Aktuators die Stelleinrichtung derart verstellbar oder betätigbar ist, dass der Druck des Fluidstroms und/oder die Durchflussrate des Fluidstroms durch die Ventileinrichtung verändert werden kann. Durch die Verstellung der Stelleinrichtung durch einen oder beide Aktuator(en) ist somit ein aktuatorbedingter Anteil des Zusatzmoments einstellbar. Die Aktuatoren können mechanisch mit der Stelleinrichtung gekoppelt sein.
Beispielsweise können Abtriebsmomente des ersten und des weiteren Aktuators addiert werden. Hierzu können die Aktuatoren beispielsweise auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein oder jeweils mit einer gemeinsamen Welle mechanisch gekoppelt sein. Selbstverständlich sind auch andere Arten der Momentenüberlagerung vorstellbar.
Durch eine Verstellung der Stelleinrichtung durch mindestens einen der Aktuatoren, insbesondere aufgrund des Verstellmoments, ist ein aktuatorbedingter Anteil des Zusatzmoments einstellbar. Durch die Aktuatoren kann somit auch ein resultierendes Zusatzmoment eingestellt werden, welches sich aus einer Summe des verdrehungsbedingten Anteils durch den Fahrzeugführer und des aktuatorbedingten Anteils ergibt. Auch kann das Zusatzmoment sich aus einer Differenz zwischen dem verdrehungsbedingten Anteil und dem aktuatorbedingten Anteil ergeben.
Die Ventileinrichtung kann dem in der DE 10 2010 041 812 A1 beschriebenem Lenkventil entsprechen. Insbesondere kann die Unterstützungskraft/das Unterstützungsmoment durch das Lenkventil in Abhängigkeit eines an einem Lenkrad anliegenden Lenkmoments einstellbar und zusätzlich dazu durch einen oder beide Aktuator(en) modulierbar sein.
Weiter umfasst die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Druckreduzierung des Drucks des Fluidstroms, insbesondere in der Ventileinrichtung. Der Druck des Fluidstroms kann auch als Fluiddruck bezeichnet werden. Weiter ist der Druck des Fluidstroms reduzierbar, wenn ein Fehlerzustand mindestens einer der Aktuatoren detektiert wird. Ein Fehlerzustand kann beispielsweise dann detektiert werden, wenn ein Aktuator nicht mehr das im fehlerfreien Betriebszustand maximal erzeugbare Abtriebsmoment erzeugen kann.
Hierzu kann die Lenkvorrichtung eine Einrichtung zur Detektion des Fehlerzustandes umfassen. Beispielsweise kann die Lenkvorrichtung eine Auswerte- und Steuereinrichtung umfassen. Diese wiederum kann mindestens einen Mikrocontroller umfassen. Weiter kann die Auswerte- und Steuereinrichtung als ein Steuergerät des Fahrzeugs ausgebildet sein. Die Auswerte- und Steuereinrichtung kann hierbei zumindest einen Teil der Einrichtung zur Fehlerdetektion ausbilden.
Ein Aktuator kann hierbei insbesondere als Elektromotor, weiter insbesondere als Servomotor, ausgebildet sein. Die Aktuatoren können mechanisch miteinander verbunden sein. Weiter können die beiden Aktuatoren derart dimensioniert sein, dass ein maximales Drehmoment des ersten Aktuators gleich dem maximalen Drehmoment des weiteren Aktuators ist. Mit anderen Worten können die beiden Aktuatoren gleichartig dimensioniert sein.
Weiter kann das maximale Abtriebsmoment eines Aktuators kleiner als ein maximal erforderliches Verstellmoment zur Verstellung der Stelleinrichtung sein. Das maximal erforderliche Verstellmoment kann insbesondere ein Drehmoment bezeichnen, welches erforderlich ist, um die Stelleinrichtung bei einem maximalen Druck und/oder einer maximalen Durchflussrate durch die Ventileinrichtung zu verstellen, insbesondere um den aktuatorbedingten Anteil zu reduzieren.
Das maximal erforderliche Verstellmoment kann hierbei insbesondere zur Überwindung von Reibungskräften erforderlich sein, die der Verstellung der Stelleinrichtung entgegenwirken. Diese Reibungskräfte können insbesondere durch Dichtungen oder Dichtelemente der Ventileinrichtung erzeugt werden, die sich in Abhängigkeit von dem Druck des Fluidstroms verformen. Insbesondere kann bei zunehmendem Druck eine Verformung derart erfolgen, dass Reibungskräfte zunehmen. Beispielsweise können diese Reibungskräfte bei maximalem Druck des Fluidstroms maximal sein.
Mit anderen Worten ist es möglich, dass ein Aktuator allein nicht ausreicht, um die Verstelleinrichtung in jedem möglichen Betriebszustand zu verstellen.
Durch die Reduzierung des Drucks des Fluidstroms kann ein erforderliches Verstellmoment zur Verstellung der Stelleinrichtung reduziert werden. Beispielsweise kann durch die Druckreduzierung eine Verformung von mindestens einem Dichtelement derart reduziert werden, dass durch das verformte Dichtelement erzeugte Reibungskräfte reduziert werden.
Der Fluiddruck kann insbesondere nur für eine vorbestimmte Zeitdauer reduzierbar sein, wobei der Fluiddruck nach Ablauf der Zeitdauer wieder erhöht werden kann.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass in einem Fehlerzustand der Lenkvorrichtung, nämlich bei einem Ausfall oder einer Fehlfunktion eines der Aktuatoren, der verbleibende, intakte Aktuator die Stelleinrichtung zumindest zeitweise betätigen kann. Insbesondere kann durch den verbleibenden, intakten Aktuator die Stelleinrichtung in eine Neutralstellung verstellt werden, wobei in der Neutralstellung kein aktuatorbedingter Zusatzmoment erzeugt wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Stelleinrichtung einen äußeren Zylinder und einen inneren Zylinder. Der äußere Zylinder kann hierbei insbesondere ein Hohlzylinder sein. Hierbei ist der inneren Zylinder zumindest teilweise im äußeren Zylinder angeordnet. Der äußere und der innere Zylinder sind relativ zueinander verdrehbar, wobei zwischen dem äußeren und dem inneren Zylinder mindestens ein Fluidkanal ausgebildet ist. In Abhängigkeit der relativen Verdrehung ist eine Durchflussrate und/oder eine Durchflussmenge des Fluidstroms durch den mindestens einen Fluidkanal, insbesondere Durchflussquerschnitt des Fluidkanals, einstellbar. Eine derartige Verstelleinrichtung ist in der eingangs erläuterten WO 2010/125044 A1 offenbart. Auch kann die Ventileinrichtung mit der Stelleinrichtung wie das in der eingangs erläuterten EP 2 222 531 B1 beschriebene Servoventil oder das in der DE 10 2010 041 812 A1 beschriebenem Lenkventil ausgebildet sein.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Einstellung der Unterstützungskraft/des Unterstützungsmoment durch das Lenkventil in Abhängigkeit eines an einem Lenkrad anliegenden Lenkmoments, wobei dieses zusätzlich modulierbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Druck durch Ansteuerung einer Einrichtung zur Erzeugung des Fluiddrucks (Druckerzeugungseinrichtung) reduzierbar. Die Einrichtung kann eine Pumpe, die auch als sogenannte Servo- oder Lenkhilfepumpe bezeichnet werden kann, sein. In diesem Fall kann die Lenkvorrichtung die Druckerzeugungseinrichtung umfassen. Durch die Druckerzeugungseinrichtung kann auch ein Fluidstrom eingestellt werden. Die Ventileinrichtung und die Druckerzeugungseinrichtung können über einen Hydraulikkreis fluidtechnisch verbunden sein, wobei ein Fluidstrom über mindestens eine Fluidzuleitung von der Druckerzeugungseinrichtung zur Ventileinrichtung und über mindestens eine Fluidableitung von der Ventileinrichtung zur Druckerzeugungseinrichtung gefördert werden kann.
Beispielsweise kann in diesem Fall die Pumpe derart angesteuert bzw. heruntergeregelt werden, dass der Fluiddruck reduziert wird. Dies kann beispielsweise durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung oder eine Steuereinrichtung der Pumpe erfolgen. In dieser Ausführungsform kann die Pumpe insbesondere eine elektrisch betriebene Pumpe sein.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine steuerungstechnisch einfache Umsetzung der Druckreduzierung.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Fluiddruck durch Abstellen eines Motors, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Fahrzeugs reduzierbar. In diesem Fall kann die Druckerzeugungseinrichtung eine sogenannte motorgetriebene Pumpe sein. Insbesondere kann der Motor des Fahrzeugs für eine vorbestimmte Zeitdauer abgestellt werden. Die Zeitdauer kann beispielsweise in einem Bereich von 0.3 s bis 2.0 s liegen.
Es ist möglich, dass der Motor zur Reduzierung des Fluiddrucks nur dann abgestellt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Alternativ oder kumulativ kann das Abstellen des Motors zur Reduktion des Fluiddrucks nur dann erfolgen, wenn mindestens eine oder alle Bremseinrichtungen des Fahrzeugs sich in einem fehlerfreien Zustand befinden. Hierzu kann es erforderlich sein, die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einen Betriebszustand der Bremseinrichtung zu erfassen oder zu bestimmen.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine steuerungstechnisch einfache Reduktion des Fluiddrucks bei einer motorgetriebenen Einrichtung zur Erzeugung des Fluiddrucks.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Fluiddruck durch Herstellen einer fluidtechnischen Verbindung einer Fluidzuleitung der Ventileinrichtung und einer Fluidableitung der Ventileinrichtung reduzierbar. Hierzu kann die Lenkvorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Verbindung der Fluidzuleitung und der Fluidableitung, beispielsweise ein Ventil, umfassen. Die Fluidzuleitung kann hierbei ein Element eines Hochdruckbereichs der Lenkvorrichtung und die Fluidableitung ein Element eines Niederdruckbereichs der Lenkvorrichtung sein. Durch Herstellen der fluidtechnischen Verbindung kann somit der Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich verbunden, mit anderen Worten kurzgeschlossen, werden. Das Ventil kann insbesondere ein bereits vorhandenes Ventil sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnelle und zuverlässige Druckreduzierung.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein Fluidreservoir, wobei das Fluidreservoir auch als Druckbehälter bezeichnet werden kann. Der Fluiddruck ist durch Herstellen einer fluidtechnischen Verbindung einer Fluidzuleitung der Ventileinrichtung und dem Fluidreservoir reduzierbar. Das Fluidreservoir kann hierbei einen Druck aufweisen, der geringer als der Druck in der Fluidzuleitung ist. Insbesondere kann das Fluidreservoir einen Umgebungsdruck aufweisen. Weiter kann die Lenkvorrichtung ein Mittel zur Herstellung der fluidtechnischen Verbindung zwischen der Fluidzuleitung und dem Fluidreservoir, beispielsweise ein Ventil, umfassen. In einem normalen Betriebszustand kann die fluidtechnische Verbindung zwischen der Fluidzuleitung und dem Fluidreservoir getrennt sein. Mit anderen Worten kann zur Reduzierung des Fluiddrucks ein Teil des Fluidstroms in der Fluidzuleitung abgezweigt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise zeitlich schnelle und zuverlässige Druckreduzierung.
In einer weiteren Ausführungsform ist während oder nach der Druckreduktion eine Neutralstellung der Stelleinrichtung durch einen fehlerlosen Aktuator einstellbar. Eine Neutralstellung der Stelleinrichtung kann insbesondere eine Stellung bezeichnen, in der kein aktuatorbedingtes Zusatzmoment erzeugt wird.
In der Neutralstellung können die Reibungskräfte insbesondere derart gering sein, dass die Verstellung der Verstelleinrichtung durch nur einen (fehlerlosen) Aktuator in einem geringen Winkelbereich möglich ist. Somit ist die Lenkvorrichtung in einem eingeschränkten Maße weiterhin funktionsfähig.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung einer Lenkvorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. In dem Verfahren wird ein Druck des Fluidstroms durch die Ventileinrichtung reduziert, wenn ein Fehlerzustand mindestens eines Aktuators detektiert wird. Ein Fehlerzustand kann insbesondere dann detektiert werden, wenn der Aktuator nicht mehr das im fehlerfreien Zustand maximal erzeugbare Abtriebsmoment erzeugen kann. Durch die Druckreduktion ergibt sich, wie vorhergehend bereits erläutert, dass das erforderliche Verstellmoment zur Verstellung der Stelleinrichtung, insbesondere in einer maximal ausgelenkten Stellung, durch Reduktion der Reibungskräfte reduziert wird. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine Verstellung durch den verbleibenden, fehlerfreien Aktuator durchzuführen.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Einrichtung zur Erzeugung des Fluiddrucks, insbesondere eine Lenkhilfepumpe, derart angesteuert, dass der Fluiddruck reduziert wird. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend erläutert.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Motor des Fahrzeugs zumindest zeitweise abgestellt. Dies kann insbesondere bei einer motorgetriebenen Lenkhilfepumpe erfolgen. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine fluidtechnische Verbindung einer Fluidzuleitung der Ventileinrichtung und einer Fluidableitung der Ventileinrichtung hergestellt. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine fluidtechnische Verbindung einer Fluidzuleitung der Ventileinrichtung und einem Fluidreservoir hergestellt. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Stelleinrichtung durch einen fehlerlosen Aktuator während oder nach der Druckreduktion in eine Neutralstellung bewegt. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend erläutert.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Fluiddruck zeitweise reduziert. Vorzugsweise erfolgt während der Zeitdauer der Reduktion die Bewegung der Stelleinrichtung durch den fehlerlosen Aktuator in die Neutralstellung. Die Zeitdauer der Reduktion kann insbesondere in einem Bereich von Bereich von 0.3 s bis 2.0 s liegen. Auch kann die Reduktion erfolgen bis die Neutralstellung der Stelleinrichtung, beispielsweise sensorisch, erfasst wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Fluiddruck nach der Reduzierung wieder erhöht, insbesondere auf den Wert vor der Reduktion. Z.B. nach Ablauf der Zeitdauer oder nach Erfassung der Neutralstellung kann dann der Fluiddruck wieder erhöht werden. Hierdurch kann die Funktionalität eines automatischen Lenkmoments trotz eines fehlerhaften Aktuators wieder bereitgestellt werden. Nach der Erhöhung des Fluiddrucks wird dann in vorteilhafter Weise ein Stellbereich der Stelleinrichtung im Vergleich zum Stellbereich während der Reduktion vergrößert, insbesondere auf mehr als 50% der Größe des Stellbereichs ohne fehlerhaften Aktuator.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung,
2 eine exemplarische Darstellung einer Momentenerzeugung,
3 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform und
4 ein schematisches Blockschaltbild einer Lenkvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung 1 dargestellt. Die Lenkvorrichtung 1 umfasst eine Ventileinrichtung 2 mit einer Stelleinrichtung. Die Stelleinrichtung umfasst eine schematisch dargestellte Außenhülse 3 und eine ebenfalls schematisch dargestellte Innenhülse 4. Die Außenhülse 3 ist hierbei über eine mechanische Übertragungsstrecke 5 mit einem ersten Aktuator 6 und einem weiteren Aktuator 7 verbunden, wobei der erste und der weitere Aktuator 6, 7 auf einer gemeinsamen Abtriebswelle 8 angeordnet sind. Die Aktuatoren 6, 7 können insbesondere als Servomotoren ausgebildet sein.
Die Innenhülse 4 ist mechanisch mit einer Eingangswelle 9 der Lenkvorrichtung verbunden. Die Eingangswelle 9 wiederum ist mit einer Lenkhandhabe 10 mechanisch verbunden. Über die Lenkhandhabe 10 kann ein Fahrzeugführer einen Lenkradmoment M_LR (siehe 2) auf die Eingangswelle 9 aufbringen. Die Eingangswelle 9 wiederum ist über einen nicht dargestellten Torsionsstab mit einer Ausgangswelle 11 gekoppelt. Auch die Außenhülse 3 ist über eine mechanische Übertragungsstrecke 12 mit der Ausgangswelle 11 gekoppelt. Die Ausgangswelle 11 ist wiederum mit einer Zahnstange 13 mechanisch verbunden, wobei durch die Zahnstange 13, insbesondere eine Linearbewegung der Zahnstange 13, ein Lenkwinkel von lenkbaren Rädern (nicht dargestellt) eingestellt werden kann.
Wird die Eingangswelle 9 gegenüber der Ausgangswelle 11 verdreht, so wird auch die Innenhülse 4 gegenüber der Außenhülse 3 verdreht. Durch diese Verdrehung kann eine Durchflussrate eines Fluidstroms durch einen Zwischenraum zwischen der Innenhülse 4 und der Außenhülse 3 verändert werden.
Weiter dargestellt ist eine Lenkhilfepumpe 14. Diese erzeugt einen Fluiddruck p des Fluidsstroms (siehe 2), welcher durch die Ventileinrichtung 2 gefördert wird. Exemplarisch sind zwei Fluidpfade 15a, 15b dargestellt, wobei die Fluidpfade 15a, 15b Fluidzuleitungen der Ventileinrichtung 2 sind. Durch diese wird Fluid von der Lenkhilfepumpe 14 zur Ventileinrichtung 2 gefördert. Je nach Verdrehung der Innenhülse relativ zur Außenhülse 2, 3 wird dann Fluid über Fluidableitungen 16a, 16b in eine ersten Fluidzylinder 17a und/oder in einen weiteren Fluidzylinder 17b gefördert, wobei ein in diesen Zylindern 17a, 17b angeordnete Kolben mechanisch mit der Zahnstange 13 verbunden ist. Je höher der Fluiddruck p in der entsprechenden Zylindern 17a, 17b, desto höher ein aktuatorbedingtes Zusatzmoment, welches auf die Zahnstange zur Einstellung eines gewünschten Lenkwinkels ausgeübt wird.
Über weitere Fluidableitungen 25a, 25b wird das Fluid wieder zur Lenkhilfepumpe 14 zurückgefördert. Die Fluidzuleitungen 15a, 15b sind in einem Hochdruckbereich der Lenkvorrichtung 1 angeordnet, während zumindest die weiteren Fluidableitungen 25a, 25b in einem Niederdruckbereich angeordnet sind.
Die Aktuatoren 6, 7 können jeweils ein Abtriebsmoment erzeugen, wobei sich die Abtriebsmomente der Aktuatoren 6, 7 zu einem Verstellmoment M_V (siehe 2) überlagern, wobei das Verstellmoment M_V auf die Außenhülle 3 ausgeübt wird. Hierdurch kann die Außenhülse 3 ebenfalls relativ zur Innenhülse 4 verdreht werden. Durch diese aktuatorbedingte Verdrehung kann ein aktuatorbedingter Anteil des Zusatzmomentes eingestellt werden.
Weiter umfasst die Lenkvorrichtung 1 eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 18. Mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 18, die daten- und/oder signaltechnisch mit den Aktuatoren 6, 7 und der Lenkhilfepumpe 14 verbunden ist, kann ein Fehlerzustand der Aktuatoren 6, 7 detektiert werden. Ein Fehlerzustand kann insbesondere dann detektiert werden, wenn ein Aktuator 6, 7 nicht mehr das maximal verfügbare Abtriebsmoment bereitstellen kann, insbesondere wenn ein Aktuator 6, 7 kein Abtriebsmoment bereitstellen kann. In diesem Fall kann ein Druck p des Fluidstroms durch die Ventileinrichtung 2 reduzierbar sein, insbesondere durch von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 steuerbaren Maßnahmen.
Beispielsweise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 die Lenkhilfepumpe 14 derart ansteuern, dass diese einen Fluidstrom mit reduziertem Fluiddruck p erzeugt. Ist die Lenkhilfepumpe 14 z.B. eine elektrische Lenkhilfepumpe, so kann dies durch eine direkte Ansteuerung der Lenkhilfepumpe 14 erfolgen. Ist die Lenkhilfepumpe 14 eine motorgetriebene Lenkhilfepumpe, die mechanisch mit einem Motor des Fahrzeugs, insbesondere einer Brennkraftmaschine verbunden ist, so kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 den Motor derart ansteuern, dass dieser für eine vorbestimmte Zeitdauer abgestellt wird.
In 2 ist exemplarisch eine Momentenerzeugung der Lenkvorrichtung 1 dargestellt. Eine Lenkhilfepumpe 14 erzeugt einen Fluidstrom mit einem Fluiddruck p. Dies kann insbesondere kennfeldbasiert erfolgen, wobei ein exemplarisches Kennfeld in einem Block 19 dargestellt ist. Hierbei ist das Kennfeld derart gewählt, dass ein im Wesentlichen quadratischer Zusammenhang zwischen einem vom Fahrzeugführer aufgebrachten Lenkradmoment M_LR und einem ein Fluiddruck p gegeben ist. Selbstverständlich sind auch andere funktionelle Zusammenhänge vorstellbar. Der Fluiddruck p wirkt hierbei auf Dichtungen 20 der Ventileinrichtung 2, insbesondere Dichtungen zur Abdichtung der Fluidpfade 15a, 15b, 16a, 16b. Diese Dichtungen 20 oder Dichtelemente verformen sich in Abhängigkeit des Fluiddrucks p. Je nach Verformung erzeugen die Dichtungen 20 ein Reibmoment M_R, welches einer Relativverdrehung zwischen der Innenhülse 4 und der Außenhülse 3 entgegenwirkt. Diese Abhängigkeit ist exemplarisch durch einen Block 21 dargestellt, wobei ein linearer Zusammenhang zwischen dem Fluiddruck p und dem Reibmoment M_R dargestellt ist. Selbstverständlich sind auch andere funktionelle Zusammenhänge vorstellbar. Hierbei ist das Reibmoment M_R höher, je höher der Fluiddruck p ist. Weiter dargestellt sind der erste und der weitere Aktuator 6, 7, die ein Verstellmoment M_V erzeugen. Um jedoch die Außenhülse 3 relativ zur Innenhülse 4 zu verdrehen, muss das Verstellmoment M_V größer als das Reibmoment M_R sein. Fällt einer der beiden Aktuatoren 6, 7 aus, so kann das maximal erzeugbare Verstellmoment M_V nicht mehr ausreichen, um das Reibmoment M_R zu überwinden.
Wird in einem solchen Fall der Fluiddruck p reduziert, so reduziert sich auch das Reibmoment M_R. Dies wiederum ermöglicht, dass ein fehlerloser Aktuator 6, 7 alleine ein Verstellmoment M_V erzeugen kann, welches größer als das aktuelle Reibmoment M_R ist und somit ausreicht, um die Außenhülse 3 relativ zur Innenhülse 4 zu verdrehen.
3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Lenkvorrichtung 1 in einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Lenkvorrichtung 1 ein Ventil 22. Über das Ventil 22 ist eine fluidtechnische Verbindung zwischen einer Fluidzuleitung der Ventileinrichtung 2, insbesondere einem Fluidpfad 15a, 15b, und einer Fluidableitung der Ventileinrichtung 2, insbesondere einer weiteren Fluidableitung 16a, herstellbar oder trennbar. Wird ein Fehlerzustand eines Aktuators 6, 7 durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 detektiert, so kann diese die Ventileinrichtung 22 derart ansteuern, dass eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Fluidzuleitung 15a, 15b und der Fluidableitung 16a hergestellt wird. Dies führt zu einer Reduktion des Fluiddrucks p (siehe 2) und somit auch zu einer Reduktion des Reibmomentes M_R. Dies wiederum aber ermöglicht, wie vorhergehend erläutert, dass ein verbleibender fehlerfreier Aktuator ein ausreichendes Abtriebsmoment und somit auch Verstellmoment M_V erzeugen kann, um eine Relativverdrehung zwischen der Außen- und der Innenhülse 2, 3 zu bewirken.
4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung 1 in einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Lenkvorrichtung 1 ein Fluidreservoir 23 und ein Ventil 24, die das Fluidreservoir 23 fluidtechnisch mit einer Fluidzuleitung 15a, 15b der Ventileinrichtung 2 verbinden kann. Wird durch die Auswerte- und Steuereinrichtung 18 ein Fehlerzustand einer der beiden Aktuatoren 6, 7 detektiert, so kann diese das Ventil 24 derart angesteuert werden, dass eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Fluidzuleitung 15a, 15b der Stelleinrichtung 2 und dem Fluidreservoir 23 hergestellt ist. Dies führt ebenfalls zu einer Reduktion des Fluiddruckes p (siehe 2) und somit zu einer Reduktion des Reibmomentes M_R.
Nach oder während einer Druckreduktion des Fluiddrucks p kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung 18 einen verbleibenden, fehlerlosen Aktuator 6, 7 derart ansteuern, dass dieser ein Stellmoment M_V derart erzeugt, dass die Außenhülse 3 in eine Neutralstellung relativ zur Innenhülse 4 verdreht wird. In dieser Neutralstellung können z.B. gleiche Drücke in den Zylindern 17a, 17b eingestellt sein. In diesem Fall kann kein aktuatorbedingtes Zusatzmoment erzeugt werden.
Bezugszeichenliste

1: Lenkvorrichtung
2: Ventileinrichtung
3: Außenhülse
4: Innenhülse
5: mechanische Übertragungsstrecke
6: erster Aktuator
7: weiterer Aktuator
8: gemeinsame Welle
9: Eingangswelle
10: Lenkhandhabe
11: Ausgangswelle
12: mechanische Übertragungsstrecke
13: Zahnstange
14: Lenkhilfepumpe
15a, 15b: Fluidzuleitungen
16a, 16b: Fluidableitungen
17a, 17b: Zylinder
18: Steuer- und Auswerteeinrichtung
19: Kennfeld
20: Dichtelemente
21: funktioneller Zusammenhang
22: Ventil
23: Fluidreservoir
24: Ventil
25a, 25b: weitere Fluidableitung
M_V: Verstellmoment
M_R: Reibmoment
p: Fluiddruck
M_LR: Lenkradmoment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010041812 A1 [0003, 0022, 0032]
EP 2222531 [0004]
DE 102015212173 [0005]
WO 2010/125044 A1 [0006, 0032]
EP 2222531 B1 [0032]

Claims

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Lenkvorrichtung (1) mindestens eine Ventileinrichtung (2) mit einer Stelleinrichtung umfasst, wobei die Ventileinrichtung (2) zur Führung mindestens eines Fluidstroms dient, wobei durch die Stelleinrichtung in Abhängigkeit einer Relativverdrehung zwischen einer Eingangswelle (9) und einer Ausgangswelle (11) ein verdrehungsbedingter Anteil eines Zusatzmoment einstellbar ist, wobei die Lenkvorrichtung (1) einen ersten Aktuator (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkvorrichtung (1) mindestens einen weiteren Aktuator (7) zur Verstellung der Stelleinrichtung umfasst, wobei Abtriebsmomente der Aktuatoren (6, 7) zur Bereitstellung eines Verstellmoments überlagerbar sind, wobei durch eine Verstellung der Stelleinrichtung durch mindestens einen der Aktuatoren (6, 7) ein aktuatorbedingter Anteil des Zusatzmoments einstellbar ist, wobei die Lenkvorrichtung (1) mindestens eine Einrichtung zur Reduzierung des Fluiddrucks (p) des Fluidstroms umfasst, wobei der Fluiddruck (p) des Fluidstroms reduzierbar ist, wenn ein Fehlerzustand mindestens eines der Aktuatoren (6, 7) detektiert wird.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung einen äußeren Zylinder und einen inneren Zylinder umfasst, wobei der äußere und der innere Zylinder relativ zueinander verdrehbar sind, wobei zwischen dem äußeren und dem inneren Zylinder mindestens ein Fluidkanal ausgebildet ist, wobei in Abhängigkeit der relativen Verdrehung eine Durchflussrate und/oder eine Durchflussmenge des Fluidstroms durch den mindestens einen Fluidkanal einstellbar.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddruck (p) durch Ansteuerung einer Einrichtung zur Erzeugung des Fluiddrucks reduzierbar ist.
Lenkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddruck (p) durch Abstellen eines Motors des Fahrzeugs reduzierbar ist.
Lenkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddruck (ps) durch Herstellen einer fluidtechnischen Verbindung einer Fluidzuleitung (15a, 15b) der Ventileinrichtung (2) und einer Fluidableitung (16a, 16b, 25a, 25b) der Ventileinrichtung (2) reduzierbar ist.
Lenkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkvorrichtung (1) ein Fluidreservoir (23) umfasst, wobei der Fluiddruck (p) durch Herstellen einer fluidtechnischen Verbindung einer Fluidzuleitung (15a, 15b) der Ventileinrichtung (2) und dem Fluidreservoir (23) reduzierbar ist.
Lenkvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach der Druckreduktion eine Neutralstellung der Stelleinrichtung durch einen fehlerlosen Aktuator (6, 7) einstellbar ist.
Verfahren zur Steuerung einer Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluiddruck (p) des Fluidstroms durch die Ventileinrichtung (2) reduziert wird, wenn ein Fehlerzustand mindestens eines Aktuators (6, 7) detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Erzeugung des Fluiddrucks derart angesteuert wird, dass der Fluiddruck (p) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motor des Fahrzeugs zumindest zeitweise abgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine fluidtechnische Verbindung einer Fluidzuleitung (15a, 15b) der Ventileinrichtung (2) und einer Fluidableitung (16a, 16b, 25a, 25b) der Ventileinrichtung (2) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine fluidtechnische Verbindung einer Fluidzuleitung (15a, 15b) der Ventileinrichtung (2) und einem Fluidreservoir (23) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung durch einen fehlerlosen Aktuator während oder nach der Druckreduktion in eine Neutralstellung bewegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddruck (p) für eine vorbestimmte Zeitdauer zeitweise reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddruck (p) nach der Reduzierung wieder erhöht wird.