DE102019216057A1

DE102019216057A1 - Steer-by-wire Lenksystem

Info

Publication number: DE102019216057A1
Application number: DE102019216057.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Riese; Matthias Ehrmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2021-04-22

Abstract

Fahrzeug (1) mit einem Steer-by-wire Lenksystem; mit einer aktiven Radaufhängung (2), mit welcher der Abstand des Fahrzeugs (1) zur Fahrbahn eingestellt werden kann; mit mindestens einer Stütze (3) unter dem Fahrzeug (1), welche im normalen Fahrbetrieb keinen Kontakt zur Fahrbahn hat, welche das Fahrzeuggewicht halten kann oder zumindest einen Teil des Fahrzeuggewichts abstützen kann; wobei, wenn an dem Lenksystem ein Lenkwinkel im Stillstand des Fahrzeugs (1) eingestellt werden soll, die aktive Radaufhängung (2) den Abstand des Fahrzeugs (1) zur Fahrbahn so verringert, dass das Fahrzeug (1) von der mindestens einen Stütze (3) gehalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer elektrischen Lenkung und einer aktiven Radaufhängung. Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Lenkung des Fahrzeugs.
Stand der Technik
Zukünftige Lenksysteme basieren auf Steer-by-wire, das heißt, die klassische mechanische Verbindung vom Lenkrad bis zu den Rädern fällt weg. Statt einer Lenksäule werden die Lenkeingaben des Fahrers elektronisch an ein Steuergerät übermittelt, welches dann den Lenkaktuator zur Verstellung der Räder des Fahrzeugs ansteuert.
Steer-by-wire ist die Voraussetzung für das autonome Fahren. Dabei verarbeitet das Steuergerät statt den Lenkeingaben eines Fahrers die Daten von Kameras und Umfeldradar-Systemen. Autonom fahrende Fahrzeuge können für den Personentransport (Busse, Robotaxis) und für den Gütertransport (LKW, Frachttransportsystem auf Häfen bspw.) eingesetzt werden.
Der Lenkaktuator zur Verstellung der Fahrzeugräder kann ein zentraler Steller sein, der über ein Zahnstangengetriebe die Fahrzeugräder verstellt. Zukünftig werden auch dezentrale Steller verwendet. Bei so einer Einzelradlenkung können die Räder bis zu 90° verstellt werden, wodurch ein seitliches Fahren, bspw. beim Einparken möglich wird.
Mit einer aktiven Radaufhängung (aktives Fahrwerk) werden durch einen Aktor Kräfte erzeugt, die die Wank- und Nickbewegungen des Aufbaus bei Kurvenfahrt (Wankstabilisierung) bzw. beim Bremsen oder Beschleunigen zu verringern. Zudem kann der Abstand des Fahrzeugs über der Fahrbahn zur Verbesserung der Aerodynamik geregelt werden. In Bussen kann durch eine aktive Radaufhängung die Fahrkabine abgesenkt werden um das Ein- und Aussteigen zu erleichtern.
Insbesondere bei schweren Fahrzeugen und/oder hohen Lenkwinkeln, wie sie beim Parkieren und Rangieren im urbanen Umfeld notwendig sind, sind sehr hohe Lenkkräfte erforderlich. Der hohe Lenkwinkel von bis zu 90° muss im Stillstand des Fahrzeugs eingestellt werden, erst dann kann das Fahrzeug seitlich einparken. Für die hohen Lenkkräfte muss das Lenksystem mit dem elektrischen Motor entsprechend groß dimensioniert werden
Es ist damit Aufgabe der Erfindung, ein Lenksystem bereitzustellen, welches hohe Lenkwinkel ermöglicht, wobei die Lenkkräfte möglichst gering sein sollen. Dadurch kann der elektrische Motor und das Lenkgetriebe kleiner dimensioniert werden, wodurch Kosten und Gewicht gespart werden.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre von Anspruch 1 gelöst, indem unter dem Fahrzeug Stützen angeordnet sind, welche beim Absenken des Fahrzeugs durch eine aktive Radaufhängung Kontakt zur Fahrbahn bekommen und dann einen bestimmten Teil des Fahrzeuggewichts tragen. Dadurch werden die lenkbaren Räder vom Fahrzeuggewicht entlastet und die Lenksteller können kleiner dimensioniert werden. Der elektrische Motor des Lenkstellers benötigt nicht mehr so viel Kraft um den Lenkwinkel einzustellen, da das ganze Fahrzeuggewicht nicht mehr auf den lenkbaren Rädern lastet.
Der Maximallastfall für einen Lenksteller tritt bei einer Rangier- oder Parkiersituation auf. Ein hoher Lenkwinkel muss im Stillstand des Fahrzeugs eingestellt werden. Die Idee der Erfindung ist es, in dieser Situation die lenkbaren Räder zu entlasten und das Fahrzeuggewicht komplett oder zu einem bestimmten Teil auf Stützen umzuleiten. Dazu wird im Rahmen der Erfindung eine aktive Radaufhängung genutzt um das Fahrzeug soweit abzusenken, bis das Fahrzeug durch die Stützen gehalten wird bzw. bis die lenkbaren Rädern ausreichend entlastet sind.
Die Erfindung ist für jedes Steer-by-wire System geeignet. Besondere Vorteile gibt es für Fahrzeuge mit Einzelradstellern, da hier Lenkwinkel bis zu 90° gefordert sein können.
Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen verwendet werden, bei denen nur eine Achse gelenkt wird. Bei sehr hohen Lenkwinkeln können dann sehr kleine Wendekreise erreicht werden. Dazu ist es ausreichend, das Fahrzeug nur an der Lenkachse abzusenken.
Die Stützen unter dem Fahrzeug können als metallische Teile am Fahrgestell montiert sein. Vorzugsweise bestehen die Stützen zumindest teilweise aus elastischen Puffern, z.B. aus Gummi, um bei der Berührung mit der Fahrbahn mögliche Stöße abzudämpfen.
Das Verfahren zum Einstellen eines Lenkwinkels läuft dann mit den folgenden Schritten ab. Das Fahrzeug ist bspw. autonom unterwegs und wird bis zum Stillstand abgebremst. Die aktive Radaufhängung senkt das Fahrzeug ab bis die Stützen die Fahrbahn berühren und die lenkbaren Räder ausreichend entlastet sind. Anschließend kann der Lenksteller des Lenksystems die Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern einstellen. Sobald der korrekte Lenkwinkel eingestellt ist, hebt die aktive Radaufhängung das Fahrzeug wieder an bis die Stützen keinen Fahrbahnkontakt mehr haben. Das Fahrzeug kann nun weiterfahren.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

1 das erfindungsgemäße Fahrzeug schematisch in einer Seitenansicht
2 das erfindungsgemäße Fahrzeug schematisch in einer Parkiersituation In der 1 ist das erfindungsgemäße Fahrzeug 1 zu sehen, welches eine aktive Radaufhängung 2 jeweils an allen Rädern aufweist. Unter dem Fahrzeug 1 sind Stützen 3, z.B. aus Gummi angeordnet, welche im normalen Fahrbetrieb die Fahrbahn nicht berühren.

Die aktive Radaufhängung 2 kann das Fahrzeug nun soweit absenken, dass die Stützen 3 die Fahrbahn berühren.
Das Fahrzeug fährt entlang einer Straße und soll in eine enge Parklücke einfahren. Das Fahrzeug wird bis zum Stillstand abgebremst und dann durch die aktive Radaufhängung 2 auf die Stützen 3 abgesenkt. Diese Situation ist schematisch in der 2 in einer Sicht von oben dargestellt. Die Lenksteller 4 an allen Rädern 5 haben einen Lenkwinkel von 90° eingestellt. Nachdem das Fahrzeug wieder angehoben wurde, kann es seitlich in die enge Parklücke einfahren.
Wenn es sich um eine Passagierkabine handelt, kann das Fahrzeug in der Parklücke komplett abgesetzt werden, damit die Passagiere leicht aussteigen können. Die Stützen reduzieren zudem Aufbaubewegungen beim Ein- und Aussteigen bzw. beim Be- und Entladen.
Die Erfindung hat auch viele Vorteile im Cargo Bereich. So können sehr hohe Lasten noch immer mit vergleichsweise kleinen Lenkstellern seht gut manövriert werden, z.B. beim autonomen Rangieren von Containern im Hafen.

Claims

Fahrzeug (1) mit einem Steer-by-wire Lenksystem; mit einer aktiven Radaufhängung (2), mit welcher der Abstand des Fahrzeugs (1) zur Fahrbahn eingestellt werden kann; mit mindestens einer Stütze (3) unter dem Fahrzeug (1), welche im normalen Fahrbetrieb keinen Kontakt zur Fahrbahn hat, welche das Fahrzeuggewicht halten kann oder zumindest einen Teil des Fahrzeuggewichts abstützen kann; dadurch gekennzeichnet, dass, wenn an dem Lenksystem ein Lenkwinkel im Stillstand des Fahrzeugs (1) eingestellt werden soll, die aktive Radaufhängung (2) den Abstand des Fahrzeugs (1) zur Fahrbahn so verringert, dass das Fahrzeug (1) von der mindestens einen Stütze (3) gehalten wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das SbW-Lenksystem einen zentralen Lenksteller (4) oder dezentrale Einzelradlenksteller (4) aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen (3) unter dem Fahrzeug durch Gummipuffer gebildet werden.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) ein autonom fahrendes Fahrzeug ist.
Verfahren für ein Fahrzeug (1) mit einem Steer-by-wire Lenksystem, mit einer aktiven Radaufhängung (2), mit welcher der Abstand des Fahrzeugs zur Fahrbahn eingestellt werden kann; mit mehreren Stützen (3) unter dem Fahrzeug, welche das Fahrzeuggewicht halten können oder zumindest einen Teil des Fahrzeuggewichts abstützen können; mit folgenden Schritten: - Bremsen des Fahrzeugs (1) bis zum Stillstand, - Absenken des Fahrzeugs (1) durch die aktive Radaufhängung (2) bis das Fahrzeug durch die Stützen (3) gehalten wird, - das SbW-Lenksystem stellt den Lenkwinkel an den Rädern (5) ein, - Anheben des Fahrzeugs (1) durch die aktive Radaufhängung (2) bis das Fahrzeug (1) durch die Räder (5) gehalten wird, - Weiterfahren.