DE19548713C1 - Lenkwinkelstelleinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkwinkelstelleinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die ein Bedienelement beinhaltet, durch das der Lenkwinkel in Abhängigkeit von einer zugehörigen Be­ dienelement-Betätigungsgröße, wie der Auslenkung des Bedien­ elementes oder der auf das Bedienelement ausgeübten Kraft, einstellbar ist.

Herkömmlicherweise dient bei Automobilen ein Lenkrad als Be­ dienelement zur Lenkwinkeleinstellung, wobei die Lenkradbetä­ tigungskraft direkt mechanisch auf die Fahrzeugräder übertra­ gen wird. Gleichzeitig spürt der Benutzer am Lenkrad situati­ onsabhängig eine Rückwirkung darüber, wie leicht in der gege­ benen Situation der Lenkwinkel verändert werden kann. Unter Wegfall des Lenkrades sind andererseits auch bereits Lenkanla­ gen bekannt, bei denen ein Steuerknüppel als Bedienelement zur Lenkwinkeleinstellung verwendet wird. Bei derartigen Anordnun­ gen erfolgt die Einstellung des jeweiligen Lenkwinkels in Ab­ hängigkeit von der Auslenkung des Steuerknüppels oder der auf ihn ausgeübten Betätigungskraft als zugehörige Bedienelement- Betätigungsgröße, wozu eine entsprechende Kennlinie vorgegeben ist. Die Bedienelementbetätigung ist dabei mechanisch von der Lenkwinkelbewegung der Fahrzeugräder entkoppelt, letztere wird vielmehr von einem Stellantrieb bewirkt, der von einer Lenk­ winkelsteuereinheit abhängig von der erfaßten Bedienelement- Betätigungsgröße angesteuert wird.

Aus dem Artikel P. Bränneby et al., "Improved Active and Passi­ ve Safety by Using Active Lateral Dynamic Control and an Un­ conventional Steering Unit", 13th International Technical Con­ ference on Experimental Safety Vehicles, Proceedings Vol. 1, 4.-7.11.1991, Seite 224 ist eine Lenkwinkelstelleinrichtung der letztgenannten Art bekannt, bei der eine nichtlineare Kennlinie des Lenkwinkels in Abhängigkeit von der Bedienelementauslenkung derart vorgegeben ist, daß die Einstellung größerer Lenkwinkel­ änderungen mit höherer Empfindlichkeit erfolgt als die Einstel­ lung kleinerer Lenkwinkeländerungen, d. h. eine gegebene Auslen­ kungsänderung des Bedienelements hat im Bereich kleiner Lenkwin­ kel eine geringere Lenkwinkeländerung zur Folge als im Bereich großer Lenkwinkel.

Bei einer weiteren Lenkwinkelstelleinrichtung dieser Art, wie sie in H. Bubb, "Arbeitsplatz Fahrer - Eine ergonomische Stu­ die", Automobil-Industrie 3/85, Seite 265 beschrieben ist, dient ein in etwa in Lenkradposition angeordnetes Bedienelement zum einen durch Verschieben parallel zur Fahrzeuglängsrichtung zur Längsdynamiksteuerung und zum anderen durch Verdrehen zur Lenk­ winkeleinstellung.

In der Patentschrift US 3.022.850 ist eine Lenkwinkelstellein­ richtung offenbart, bei der ein Steuerknüppel gleichzeitig zur Lenkwinkeleinstellung und zur Steuerung der Fahrzeuglängsdynamik dient. Bezüglich der Lenkungsfunktionalität wird vorgeschlagen, das zugehörige Steuerknüppelauslenkungssignal geschwindigkeits­ abhängig zu verstärken, und zwar vorzugsweise umgekehrt propor­ tional zum Quadrat der Längsgeschwindigkeit, so daß eine be­ stimmte Steuerknüppelauslenkung unabhängig von der Fahrzeu­ glängsgeschwindigkeit zu einer im wesentlichen gleichbleibenden Querbeschleunigung führt.

In der Offenlegungsschrift DE 44 03 379 A1 ist ein Lenksystem mit einem Lenkrad zur Einstellung des Lenkwinkels lenkbarer Fahrzeugräder offenbart, bei dem das Verhältnis zwischen dem Drehwinkel des Lenkrades und dem damit eingestellten Lenkwinkel der Räder fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig verändert werden kann, und zwar so, daß in einem niedrigen bis mittleren Ge­ schwindigkeitsbereich eine empfindliche Lenkreaktion und in ei­ nem hohen Geschwindigkeitsbereich eine gute Stabilität der Len­ kung erhalten wird. Dazu wird in geeigneter Weise auf die Über­ setzung eines zugehörigen Lenkgetriebes eingewirkt. Der am Lenk­ rad maximal einstellbare Drehwinkel verbleibt bei diesem System auf einem fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig konstant bleibenden Wert.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Lenkwinkelstelleinrichtung der eingangs genannten Art zu­ grunde, die ein fahrdynamisch sicheres Lenken des Fahrzeugs ins­ besondere auch für eine Anordnung ermöglicht, bei der die Win­ kelbewegung der Fahrzeugräder nicht mechanisch mit der Be­ dienelementbetätigung zur Lenkwinkeleinstellung gekoppelt ist.

Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 gelöst. Gemäß Anspruch 1 erfolgt die Lenkwinkeleinstellung mit einer vom momentan vorliegenden Kraftschlußbeiwert abhängigen Empfindlichkeit derart, daß die Lenkwinkeleinstellempfindlichkeit bei glatter werdendem Fahr­ bahnbelag und damit bei sinkendem Kraftschlußbeiwert verrin­ gert wird. Damit wird, wenn das Fahrzeug auf einen glatteren Fahrbahnuntergrund gelangt, der Gefahr übermäßiger Lenkungs­ eingriffe auf die Räder, welche ein instabiles Fahrverhalten zur Folge haben könnten, vorgebeugt. Einen analogen Effekt er­ zielt die in Anspruch 2 angegebene, ggf. zusätzlich zu derje­ nigen nach Anspruch 1 vorsehbare Maßnahme, den jeweils bei der gegebenen Situation maximal einstellbaren Wert der Bedien­ element-Betätigungsgröße mit sinkendem Kraftschlußbeiwert und/ oder steigender Fahrzeuglängsgeschwindigkeit zu verringern, wodurch in einfacher Weise korrespondierend der maximal ein­ stellbare Lenkwinkel herabgesetzt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm über Kennlinien des Lenkwinkelbetrags in Abhängigkeit von der Bedienelementauslenkung für eine Lenkwinkelstelleinrichtung eines Kraftfahrzeuges und

Fig. 2 ein Diagramm über Kennlinien des von der Lenkwinkel­ stelleinrichtung maximal einstellbaren Lenkwinkelbe­ trages in Abhängigkeit von der Fahrzeuglängs- und -querbewegung bzw. dem Kraftschlußbeiwert.

Die Fig. 1 und 2 illustrieren diverse Kennlinien in Dia­ grammform zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer ent­ sprechend ausgelegten Lenkwinkelstelleinrichtung für ein Kraftfahrzeug, deren Aufbau im wesentlichen herkömmlicher Na­ tur ist und daher keiner zeichnerischen Darstellung bedarf. Insbesondere kann die Lenkwinkelstelleinrichtung als Bedien­ element zur Lenkwinkeleinstellung anstelle eines Lenkrades ei­ nen Steuerknüppel beinhalten, dessen Auslenkung oder die auf ihn ausgeübte Betätigungskraft als Maß für den einzustellenden Lenkwinkel dienen, wie aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt. Als neuartiges Merkmal ist die Lenkwinkel­ stelleinrichtung vorliegend so ausgelegt, daß die Empfindlich­ keit der Lenkwinkeleinstellung über das Bedienelement und/oder der maximal einstellbare Wert der zugehörigen Bedienelement- Betätigungsgröße in Abhängigkeit von der Fahrzeuglängsge­ schwindigkeit und/oder vom Kraftschlußbeiwert veränderbar sind, wobei auf diese Maßnahme im folgenden detailliert einge­ gangen wird.

In Fig. 1 ist als durchgezogene Kurve eine Kennlinie (1) dar­ gestellt, welche die funktionelle Abhängigkeit des durch Betä­ tigung des Bedienelementes der Lenkwinkelstelleinrichtung ein­ stellbaren Lenkwinkelbetrages (α) von der Auslenkung (x) des Bedienelementes bei kleiner Fahrzeuglängsgeschwindkeit (v) und hohem Kraftschlußbeiwert (µ) wiedergibt. Das Bedienelement kann in diesem Fall von der Ruhelage, d. h. x = 0, bis zu einer Maximalauslenkung, d. h. x = x_M, in einer ersten oder einer dazu gegensinnigen zweiten Betätigungsrichtung betätigt werden, wo­ durch die Lenkwinkelstelleinrichtung einen zugehörigen Lenk­ winkeleinschlag nach rechts oder links vornimmt. Der Maxi­ malauslenkung (x_M) entspricht dabei ein entsprechender Maxi­ mallenkwinkelbetrag (α_M). Der Verlauf der Kennlinie (1) ist nichtlinear, speziell konvex, so daß die Lenkwinkeleinstellung im Bereich geringerer Betätigungselementauslenkungen (x) und damit geringerer Lenkwinkelbeträge (α) mit geringerer Emp­ findlichkeit erfolgt als bei größeren Bedienelementauslenkun­ gen (x), d. h. größeren Lenkwinkelbeträgen (α).

Die Einstellung von Lenkwinkelbeträgen (α) nahe des Maximal­ lenkwinkelbetrages (α_M), die bei geringen Fahrzeuggeschwindig­ keiten (v) nahe dem Fahrzeugstillstand und hohen Kraftschluß­ beiwerten (µ) erlaubt ist, könnte bei höheren Fahrzeug­ geschwindigkeiten (v) oder relativ niedrigem Kraftschlußbei­ wert (µ) zu unerwünschten Instabilitäten der Fahrdynamik füh­ ren. Eine erste Möglichkeit, dies zu verhindern, besteht dar­ in, die Empfindlichkeit der Lenkwinkeleinstellung passend zu ändern, genauer gesagt, mit sinkendem Kraftschlußbeiwert (µ) oder höherer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (v) zu verringern. Eine solche Auslegung der Lenkwinkelstelleinrichtung ist bei­ spielhaft durch die gestrichelte Kennlinie (3) in Fig. 1 dar­ gestellt. Der erlaubte Auslenkungsbereich für das Bedienele­ ment der Lenkwinkelstelleinrichtung ist in diesem Fall unver­ ändert, d. h. das Bedienelement kann nach wie vor aus der Ruhe­ lage bis zur Maximalauslenkung (x_M) betätigt werden. Durch die verringerte Empfindlichkeit der Lenkwinkeleinstellung aufgrund der erhöhten Fahrzeuggeschwindigkeit (v) oder des verringerten Kraftschlußbeiwertes (µ) entspricht der Maximalauslenkung (x_M) nunmehr jedoch nur noch ein reduzierter, maximal einstellbarer Lenkwinkelbetrag (α_t), der kleiner als der Maximallenkwinkel­ betrag (α_M) ist, dessen Einstellung nur bei sehr geringer Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und hohem Kraftschlußbeiwert (µ) zugelassen wird. Es ist klar, daß je nach Anwendungsfall die Verringerung der Empfindlichkeit entweder nur in Abhängigkeit vom geringer werdenden Kraftschlußbeiwert (M) oder nur von der höher werdenden Fahrzeuggeschwindkeit (v) oder gekoppelt in Abhängigkeit von beiden Größen erfolgen kann. Im letztgenann­ ten Fall kann die Kopplung beispielsweise darin bestehen, daß für die Einstellempfindlichkeit getrennte Kennlinien einer­ seits in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und andererseits in Abhängigkeit vom Kraftschlußbeiwert (µ) vorge­ geben werden und von den beiden, sich daraus jeweils ergeben­ den Empfindlichkeitswerten mittels einer Minimalauswahleinheit der kleinere Wert als maßgeblicher Empfindlichkeitswert ausge­ wählt wird.

Alternativ oder zusätzlich zu der vorstehend genannten Maßnah­ me kann vorgesehen sein, den Auslenkungshub des Bedienelemen­ tes der Lenkwinkelstelleinrichtung abhängig von der Fahrzeug­ geschwindigkeit (v) oder vom Kraftschlußbeiwert (µ) zu begren­ zen. Eine Kombination dieser Maßnahme mit der Maßnahme einer Empfindlichkeitsveränderung ist durch die in Fig. 1 strich­ punktiert gezeichnete Kennlinie (2) realisiert. Diese Kennli­ nie (2) illustriert eine Situation, in der ein erhöhter Fahr­ zeuggeschwindigkeitswert (v_t) oder ein relativ niedriger Kraftschlußbeiwert (µ_t) vorliegt. Zunächst wird in diesem Fall die Empfindlichkeit gegenüber der Situation bei geringer Fahr­ zeuggeschwindigkeit (v) und hohem Kraftschlußbeiwert (µ) etwas verringert, wie durch die geringere Steigung dieser Kennlinie (2) gegenüber der durchgezogen gezeichneten Kennlinie (1) von Fig. 1 zum Ausdruck kommt. Zusätzlich wird aufgrund der erhöh­ ten Fahrzeuggeschwindigkeit (v_t) oder des geringeren Kraft­ schlußbeiwertes (µ_t) die in dieser Situation erlaubterweise maximal einstellbare Bedienelementauslenkung auf einen redu­ zierten Auslenkungswert (x_t) begrenzt, der kleiner als die bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und hohem Kraftschlußbei­ wert (µ) zulässige Maximalauslenkung (x_t) ist. Durch diese Kombination der beiden Lenkwinkelbegrenzungsmaßnahmen wird der einstellbare Lenkwinkelbetrag (α) im gezeigten Beispiel wie­ der in gewünschter Weise auf einen situationsabhängig redu­ zierten, maximal einstellbaren Lenkwinkel (α_t) begrenzt. Es versteht sich, daß zur Bestimmung des situationsabhängig redu­ zierten, maximalen Auslenkungswertes (x_t) entsprechend der analogen Maßnahme für die Bestimmung der Einstell­ empfindlichkeit eine funktionelle Abhängigkeit entweder nur von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) oder nur vom Kraftschluß­ beiwert (µ) oder kombiniert von beiden Größen vorgegeben sein kann. In letzterem Fall kann der maßgebliche, situationsabhän­ gig maximale Auslenkungswert (x_t) wiederum durch eine Mini­ malauswahl eines von einer geschwindigkeitsabhängigen Kennli­ nie und eines von einer kraftschlußbeiwertabhängigen Kennlinie bestimmten Wertes gewonnen werden. Die ermittelte Auslenkungs­ begrenzung für das Bedienelement der Lenkwinkelstelleinrich­ tung kann dann beispielsweise durch einen geeignet zu ver­ schiebenden mechanischen Anschlag realisiert sein.

In Fig. 2 ist die durch die oben beschriebenen Maßnahmen fahr­ zeuggeschwindigkeitsabhängig und/oder kraftschlußbeiwertabhän­ gig erreichte Verringerung des maximal einstellbaren Lenkwin­ kelbetrages (α_max) veranschaulicht, wobei auf der Abszisse die Fahrzeuggeschwindigkeit (v) nach rechts zunehmend sowie der Kraftschlußbeiwert (µ) nach links zunehmend aufgetragen sind. Ein erstes Realisierungsbeispiel zeigt die durchgezogene Kenn­ linie (4), nach welcher der situationsabhängig maximal ein­ stellbare Lenkwinkelbetrag (α_max) vom Maximallenkwinkelbetrag (α_M) bis auf einen unteren maximal einstellbaren Lenkwinkelbe­ trag (α_k) abfällt, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit (v) von null auf die Maximalgeschwindigkeit (v_M) erhöht bzw. sich der Kraftschlußbeiwert (µ) von einem Maximalwert (µ_M) bis zu einem Minimalwert (µ_m) verringert. Beispielhaft kann dieser Kennlinie (4) der oben erwähnte reduzierte maximale Lenkwin­ kelbetrag (α_t) entnommen werden, der sich bei dem erhöhten Ge­ schwindkeitswert (v_t) oder dem reduzierten Kraftschlußbeiwert (µ_t) ergibt. Bei einer Kombination einer Lenkwinkelbegrenzung sowohl in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) als auch in Abhängigkeit vom Kraftschlußbeiwert (µ) gilt jeweils der kleinere der beiden sich aus der Kennlinie (4) ergebenden maximal einstellbaren Lenkwinkelbeträge (α_max). Neben dem ge­ zeigten konkaven Verlauf der Kennlinie (4) bezüglich der Be­ schränkung des situationsabhängig maximal einstellbaren Lenk­ winkelbetrages (α_max) kann je nach Systemauslegung auch ein geradliniger oder ein konvexer Kennlinienverlauf vorgesehen sein. Der letztgenannte Fall ist in Fig. 2 als weiteres mögli­ ches Beispiel durch eine gestrichelt gezeichnete Kennlinie (5) repräsentiert.

Eine weitere mögliche Auslegung der Lenkwinkelstelleinrichtung besteht darin, die Empfindlichkeit der Lenkwinkeleinstellung unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und vom Kraft­ schlußbeiwert (µ) konstant zu halten und lediglich die Begren­ zung des Auslenkungshubs für das Bedienelement der Lenkwinkel­ stelleinrichtung in Abhängigkeit wenigstens einer dieser bei­ den Größen (v, µ) vorzunehmen. Im Diagramm von Fig. 1 bedeutet dies dann, daß der Verlauf der durchgezogen gezeichneten Kenn­ linie (1) in allen Fahrsituationen beibehalten wird, der rech­ te Endpunkt dieser Kennlinie (1) jedoch in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) oder vom Kraftschlußbeiwert (µ) entlang der Kennlinie (1) unter entsprechender Verkürzung derselben verschoben wird.

Durch jede der genannten, erfindungsgemäßen Realisierungsmög­ lichkeiten hinsichtlich der Auslegung der Lenkwinkelstellein­ richtung in Bezug auf die geschwindigkeitsabhängige und/oder kraftschlußbeiwertabhängige, durch entsprechende Bedienele­ mentbetätigung ausgelöste Lenkwinkeleinstellung lassen sich Instabilitäten im Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges durch übermäßige Lenkeingriffe zuverlässig verhindern. Es versteht sich, daß als maßgebliche Betätigungsgröße des Bedienelementes anstelle der Bedienelementauslenkung, wie beschrieben, die auf das Bedienelement ausgeübte Betätigungskraft gewählt sein kann. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß fahr­ zeugseitige Einrichtungen zur Ermittlung des jeweiligen Kraft­ schlußbeiwertes (µ) während der Fahrt bekannt sind, z. B. in Form von raddrehzahlerfassenden und -auswertenden Einheiten, und daher hier keiner besonderen Erläuterung bedürfen.

Claims (3)

1. Lenkwinkelstelleinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit

• - einem Bedienelement zur Lenkwinkeleinstellung in Abhängig­ keit von einer zugehörigen Bedienelement-Betätigungsgröße, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Lenkwinkeleinstellung in Abhängigkeit von der Bedien­ element-Betätigungsgröße (x) mit einer mit sinkendem Kraftschlußbeiwert (µ) geringer werdenden Empfindlichkeit erfolgt.

2. Lenkwinkelstelleinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbe­ sondere nach Anspruch 1, mit

• - einem Bedienelement zur Lenkwinkeleinstellung in Abhängig­ keit von einer zugehörigen Bedienelement-Betätigungsgröße,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - sich der jeweils maximal einstellbare Wert (x_t) der Be­ dienelement-Betätigungsgröße (x) mit sinkendem Kraft­ schlußbeiwert (µ) und/oder steigender Fahrzeuglängs­ und/oder -querbewegung (v) verringert.