DE19632251A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Lenkung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Lenkung eines KraftfahrzeugesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lenkung eines Kraftfahrzeuges mit mindestens
zwei lenkbaren Rädern, welche eine Lenkeinrichtung zur Einstellung der Position der lenkba
ren Räder in Abhängigkeit eines Lenksollsignals und eine Einrichtung zur Erzeugung eines
Lenkverhaltens des Kraftfahrzeuges im Fehlerfall der Lenkeinrichtung aufweist, sowie ein
Verfahren zur Lenkung eines Kraftfahrzeuges, bei dem von einer Lenkeinrichtung die Ein
stellung der Position der Räder zur Erzeugung eines Lenkverhaltens in Abhängigkeit eines
Lenksollsignals erfolgt.
Bei elektrischen Lenksystemen für Kraftfahrzeuge, den sogenannten Steer-by-Wire-Syste
men, wie sie beispielsweise aus der Patentschrift US-5,247,441 bekannt sind, handelt es
sich um sicherheitskritische Einrichtungen. Um den hohen Sicherheitsanforderungen zu
genügen, sind ihre Baugruppen, beispielsweise ihre Steuereinrichtungen oder ihre Aktuato
ren zur Einstellung der Positionen der lenkbaren Räder redundant und damit sehr aufwendig
ausgelegt. Insbesondere bei elektrischen Lenksystemen, bei denen die Räder unabhängig
voneinander und ohne Verbindung zueinander gelenkt werden, ist es aus Bauraumgründen
schwierig, die Aktuatoren redundant auszuführen. Zudem ist diese Redundanz auch tech
nisch schwer zu realisieren und gibt dem System eine geringere Verfügbarkeit.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE-41 12 284 A1 ist eine Fahrzeuglenkverhalten-Steuer
vorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche eine Antiblockier-Bremseinrichtung
aufweist. Die Steuereinrichtung erzeugt in Abhängigkeit eines einen Fahrzeuglenkzustand
wiedergebenden Signals eine Differenz zwischen den Bremskräften, die an den jeweils in
nenliegenden und außenliegenden Rädern anliegt, so daß ein Giermoment zwischen den
innenliegenden und außenliegenden Rädern erzeugt wird, um die Lenkung des Fahrzeuges
während eines Bremsvorganges zu unterstützen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Lenkung eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, die den geforderten Sicherheitsstandards
genügen und bei denen die Verwendung von redundanten Bauteilen so gering wie möglich
gehalten wird.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein
Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Wei
terbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Gemäß der Erfindung übernimmt eine bereits im Kraftfahrzeug vorhandene Einrichtung die
Notlauffunktion der Lenkeinrichtung, wodurch auf eine redundante Ausführung der Aktuato
ren und Steuereinrichtungen der Lenkeinrichtung verzichtet werden kann.
Die den Notlauf übernehmende Einrichtung ist erfindungsgemäß eine im Fahrzeug bereits
vorhandene Bremseinrichtung, welche in Abhängigkeit des Lenksollsignals die Räder des
Kraftfahrzeuges selektiv mit unterschiedlichen Bremskräften beaufschlagt und so im Fehler
fall der Lenkeinrichtung während des Bremsvorganges bis zum Stillstand das Lenkverhalten
des Kraftfahrzeuges erzeugt.
Zur Erkennung des Fehlerfalls der Lenkeinrichtung, der beispielsweise durch den Ausfall
einzelner Bauteile hervorgerufen wird, ist eine Fehlererkennungseinrichtung vorgesehen,
welche das Lenksollsignal mit der Position der lenkbaren Räder vergleicht, wobei bei einer
definierten Abweichung der Position mindestens einer der lenkbaren Räder vom Lenksoll
signal ein Fehlerfall der Lenkeinrichtung erkannt wird. Die Größe der definierten Abweichung
ist dabei vorzugsweise von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges abhängig.
Wird ein Fehlerfall der Lenkeinrichtung von der Fehlererkennungseinrichtung erkannt, schal
tet diese die Lenkeinrichtung ab. Gleichzeitig aktiviert sie die Bremseinrichtung über ein
Steuersignal derart, daß die Räder selektiv mit Bremskräften in Abhängigkeit des Lenksoll
signals beaufschlagt werden, um die von der durch den Fahrzeugführer bedienbaren Lenk
vorgabeeinrichtung oder einer Einrichtung zum automatischen Führen des Kraftfahrzeuges
kommandierten Lenkreaktion zu gewährleisten.
Um die Beaufschlagung der Räder mit selektiven Bremskräften steuern zu können, werden
die momentanen Bremskräfte an den Rädern erfaßt und der Bremseinrichtung als Istgröße
zugeführt. Bei einer hydraulischen Bremseinrichtung werden dazu vorteilhafterweise als Maß
für die anliegenden Bremskräfte die in den Rädern zugeordneten Bremszylindern auftreten
den Bremsdrücke verwendet. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Erfassung der Rad
drehzahlen, aus denen die Verzögerung der einzelnen Räder ermittelt wird. Die dafür not
wendigen Raddrehzahlsensoren sind meist schon im Kraftfahrzeug vorhanden.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Einbeziehung der im Fahrzeug vor
handenen Bremseinrichtung die Notfunktion der Lenkeinrichtung eine mit üblichen redun
danten Systemen aufgebaute Lenkeinrichtung nicht erlangbare Verfügbarkeits- und Sicher
heitserhöhung erreicht wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die
Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug
mit lenkbaren Fronträdern und eine im Fehlerfall der Lenkeinrichtung zur Erzeugung eines
Lenkverhaltens verwendbare Bremseinrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Lenkeinrichtung und einer im Normal
fall völlig autark arbeitenden Bremseinrichtung. Die Lenkeinrichtung weist im Ausführungs
beispiel eine als Lenkrad 3 ausgebildete Lenkwinkelvorgabbeinrichtung auf, welcher ein
Lenkwinkelsensor 4 zugeordnet ist, welcher den Verdrehwinkel des Lenkrades 3 direkt oder
indirekt ermittelt. Das Ausgangssignal S1 des Lenkwinkelsensors 4 wird als Lenksollsignal
einer elektronischen Steuereinrichtung 5 der Lenkeinrichtung zugeleitet. In Abhängigkeit des
Lenksollsignals S1 ermittelt die Steuereinrichtung die Stellgrößen I1 und I2 für die elektri
schen Aktuatoren 6 und 7, welche die Position der lenkbaren Räder 8 und 9 zur Erzeugung
eines Lenkverhaltens des Kraftfahrzeugs einstellen. Die Radstellungssensoren 10, 11 erfas
sen die momentane Position der lenkbaren Räder und leiten diese als Istsignal S2, S3 an die
Steuereinrichtung 5. Des weiteren erzeugt die Steuereinrichtung 5 ein Signal S4 an einen
Aktuator 18, der zur Erzeugung des Lenkgefühls für den Fahrer eine Lenkmomentrückmel
dung an das Lenkrad 3 gibt.
Die Bremseinrichtung weist ebenfalls eine Steuereinrichtung 14 auf, die während eines nor
malen Fahrbetriebes ihr Sollsignal durch die Betätigung des nicht dargestellten Bremspedals
und ggf. von dem Steuergerät einer Antiblockierregeleinheit und/oder einer Fahrdynamik
regeleinheit erhält. In Abhängigkeit dieses Sollsignals bildet die Steuereinrichtung das Stell
signal 13 für die Aktuatoreinrichtung 17, die im Ausführungsbeispiel hydraulisch arbeitet und
entsprechend der aufzubringenden Bremskräfte in den den Rädern zugeordneten Bremszy
lindern die entsprechenden Bremsdrücke aufbaut.
Weiterhin ist eine Fehlererkennungseinrichtung 15 vorgesehen, welche das Ausgangssignal
S2, S3 der Radstellungssensoren 10, 11 ständig mit dem Lenksollsignal S1 vergleicht. Tritt
eine Abweichung mindestens eines der Ausgangssignale S2, S3 vom Lenksollsignal S1 auf,
die größer ist als eine fahrgeschwindigkeitsabhängige vorgegebene Abweichung ist, spricht
die Fehlererkennungseinrichtung an und öffnet die Schalter 16a und 16b, so daß die Aktua
toren 6 und 7 nicht mehr arbeiten. Gleichzeitig aktiviert die Fehlererkennungseinrichtung 15
über das Steuersignal S5 die Steuereinrichtung 14 und stellt das Lenksollsignal S1 an sie
durch, die jetzt zur Erzeugung eines Lenkverhaltens bis zum Stillstand des Kraftfahrzeuges
in Abhängigkeit des Lenksollsignals S1 und an den Rädern 8, 9, 12, 13 abgegriffener
Istsignale das Stellsignal 13 für die Aktuatoreinrichtung 17 der Bremseinrichtung bildet und
an diese zur Erzeugung selektiv unterschiedlicher Bremskräfte an den einzelnen Rädern
abgibt.
Als Istwerte stehen bei einer hydraulischen Bremseinrichtung die in den einzelnen Rädern
zugeordneten Bremszylindern anstehenden Bremsdrücke zur Verfügung, welche über die
Drucksensoren 1a-1d aufgenommen werden.
Eine andere Möglichkeit besteht in der Erfassung der Raddrehzahlen der einzelnen Räder
über die Raddrehzahlsensoren 2a-2d, aus denen die Steuereinrichtung 14 die Verzögerung
der einzelnen Räder 8, 9, 12 und 13 ermittelt und als Istsignal verwendet.
Bezugszeichenliste
1a-1d Drucksensor
2a-2d Raddrehzahlsensor
3 Lenkrad, Lenkwinkelvorgabeeinrichtung
4 Lenkwinkelsensor
5 Steuereinrichtung
6, 7 Aktuatoren
8, 9 lenkbares Rad
10, 11 Radstellungssensoren
12, 13 Räder
14 Steuereinrichtung
15 Fehlererkennungseinrichtung
16a, 16b Schalter
17 Aktuatoreinrichtung
18 Aktuator
S1 Lenksollsignal
I1, I2 Stellgröße
S2, S3 Istsignal, Ausgangssignal
S4 Signal
I3 Stellgröße
S5 Steuersignal
2a-2d Raddrehzahlsensor
3 Lenkrad, Lenkwinkelvorgabeeinrichtung
4 Lenkwinkelsensor
5 Steuereinrichtung
6, 7 Aktuatoren
8, 9 lenkbares Rad
10, 11 Radstellungssensoren
12, 13 Räder
14 Steuereinrichtung
15 Fehlererkennungseinrichtung
16a, 16b Schalter
17 Aktuatoreinrichtung
18 Aktuator
S1 Lenksollsignal
I1, I2 Stellgröße
S2, S3 Istsignal, Ausgangssignal
S4 Signal
I3 Stellgröße
S5 Steuersignal
Claims (21)
1. Vorrichtung zur Lenkung eines Kraftfahrzeuges mit mindestens zwei lenkbaren Rä
dern, welche eine Lenkeinrichtung zur Einstellung der Position der lenkbaren Räder in
Abhängigkeit eines Lenksollsignals und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Lenk
verhaltens des Kraftfahrzeuges im Fehlerfall der Lenkeinrichtung aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Lenkverhaltens eine vorhan
dene Bremseinrichtung ist, welche im Fehlerfall der Lenkeinrichtung in Abhängigkeit
des Lenksollsignals (S1) an den Rädern (8, 9, 12, 13) selektiv unterschiedliche
Bremskräfte erzeugt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeinrichtung die
lenkbaren Räder (8, 9) unabhängig voneinander einstellt und die Räder (8, 9) keine
Verbindung zueinander aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fehlererken
nungseinrichtung (15) vorgesehen ist, die den Fehlerfall der die Stellung der Räder (8,
9) einstellenden Lenkeinrichtung durch den Vergleich des Lenksollsignals (S1) mit
Ausgangssignalen (S2, S3) von den lenkbaren Rädern (8, 9) zugeordneten Radstel
lungssensoren (10, 11) erfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlererkennungsein
richtung (15) bei einer definierten Abweichung der Ausgangssignale (S2, S3) minde
stens eines der Radstellungssensoren (10, 11) von dem Lenksollsignal (S1) den Feh
lerfall der Lenkeinrichtung erkennt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Abwei
chung fahrgeschwindigkeitsabhängig ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Fehlererkennungseinrichtung (15) im Fehlerfall der Lenkeinrichtung diese abschaltet
und gleichzeitig an die Bremseinrichtung ein Steuersignal (S5) zur Aktivierung der Er
zeugung selektiv unterschiedlicher Bremskräfte an den Rädern (8, 9, 12, 13) in Ab
hängigkeit des Lenksollsignals (S1) abgibt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den ein
zelnen Rädern (8, 9, 12, 13) des Kraftfahrzeuges Sensoren (1a-1d; 2a-2d) zur Er
fassung der an den Rädern momentan anliegenden Bremskräfte zugeordnet sind, de
ren Ausgangssignale als Istsignale der Bremseinrichtung zuführbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung eine
hydraulisch arbeitende Bremseinrichtung ist und als Maß für die an den Rädern (8, 9,
12, 13) anliegenden Bremskräfte, die in den Rädern zugeordneten Bremszylindern auf
tretenden Bremsdrücke verwendbar sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß den ein
zelnen Rädern (8, 9, 12, 13) des Kraftfahrzeuges Raddrehzahlsensoren (2a- 2d) zu
geordnet sind, deren Ausgangssignale der Bremseinrichtung zuleitbar sind, welche
aus den Ausgangssignalen die Verzögerung der einzelnen Räder ermittelt und als
Istsignal zur Erzeugung der selektiv unterschiedlichen Bremskräfte verwendet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Lenkwinkelsensor (4) einer vom Fahrzeugführer bedienbaren Lenkwinkelvorgabeein
richtung (3) zur Erfassung des Lenksollsignals (S1) zugeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Einrichtung zur Erzeugung eines Lenksollsignals (S1) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Ein
richtung zum fahrerlosen Führen des Kraftfahrzeuges ist.
13. Verfahren zur Lenkung eines Kraftfahrzeuges mit mindestens zwei lenkbaren Rädern,
bei dem von einer Lenkeinrichtung die Einstellung der Position der Räder zur Erzeu
gung eines Lenkverhaltens des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit eines Lenksollsignals
erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Fehlerfall der Lenkeinrichtung das Lenkver
halten des Kraftfahrzeuges über die Beaufschlagung der Räder (8, 9, 12, 13) mit se
lektiv unterschiedlichen Bremskräften in Abhängigkeit des Lenksollsignals erzeugt
wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung der
Räder (8, 9, 12, 13) mit selektiv unterschiedlichen Bremskräften über eine bereits vor
handene Bremseinrichtung erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerfall der
Lenkeinrichtung in einer Fehlererkennungseinrichtung (15) über einen Vergleich des
Lenksollsignals (S1) mit der momentanen Position (S2, S3) mindestens eines der
lenkbaren Räder (8, 9) erkannt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerfall der Lenk
einrichtung bei einer definierten Abweichung der Position (S2, S3) mindestens eines
der lenkbaren Räder (8, 9) von dem Lenksollsignal (S1) erkannt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Abwei
chung fahrgeschwindigkeitsabhängig festgelegt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die
Fehlererkennungseinrichtung (15) bei einem erkannten Fehlerfall der Lenkeinrichtung
diese abschaltet und gleichzeitig die Erzeugung selektiv unterschiedlicher Bremskräfte
an den Rädern (8, 9, 12, 13) bei der Bremseinrichtung in Abhängigkeit des Lenksoll
signals (S1) aktiviert.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die an
den Rädern (8, 9, 12, 13) momentan anliegenden Bremskräfte der Bremseinrichtung
als Istsignal zugeführt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer hydraulischen
Bremseinrichtung, die in den Rädern (8, 9, 12, 13) zugeordneten Bremszylindern auf
tretenden Bremsdrücke als Maß für die anliegenden Bremskräfte verwendet werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die
Raddrehzahlen der einzelnen Räder aufgenommen werden, aus den Raddrehzahlen
die Verzögerung der Räder ermittelt und als Istsignal der Bremseinrichtung zugeführt
wird.
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DE19632251A1 true DE19632251A1 (de) | 1998-02-12 |
DE19632251B4 DE19632251B4 (de) | 2004-08-26 |
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