DE19908357A1

DE19908357A1 - Sicherheitsvorrichtung für ein aktives Lenksystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19908357A1
Application number: DE1999108357
Authority: DE
Inventors: Matthias Hackl; Wolfgang Kraemer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: DE19908357B4

Abstract

Für ein aktives Lenksystem für Kraftfahrzeuge, bei dem einem an einem Lenkrad (31) eingestellten Lenkradwinkel (deltaL) mittels eines Überlagerungsgetriebes (32) ein von einem elektrischen Stellmotor (33) erzeugter Zusatzwinkel (deltaM) überlagert wird, lassen sich die Lenkradwelle (16) und die Ausgangswelle (17) des Überlagerungsgetriebes (32) oder die Lenkradwele (16) und die Eingangswelle (20) von dem elektrischen Stellmotor (33) durch eine Sicherheitskupplung (38, 39) formschlüssig miteinander verrasten. Dies geschieht, damit bei einem solchen aktiven Lenksystem keine ungewollten Zusatzwinkel (deltaM) durch die Drehmomente in der Lenksäule erzeugt werden, d. h. daß ein sicheres Lenken trotz Fehler im Lenksystem gewährleistet ist. Der erfindungsgemäße Betrieb des aktiven Lenksystem besteht nun darin, durch eine Steuer/Regeleinheit (37) bei ordnungsgemäß funktionierendem Stellmotor (33) die Sicherheitskupplung (38, 39) nur dann zu schließen, wenn eine Winkelzuordnung der genannten Wellen (16 und 17 oder 16 und 20) vorliegt, die ein Einrasten der Kupplung ermöglicht. Optionell wird diese Winkelzuordnung aktiv von der Steuer/Regeleinheit (37) durch entsprechende Einstellung des Zusatzwinkels (deltaM) durch den Stellmotor (33) herbeigeführt (Figur 2).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein aktives Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit einer Steuer-/Regeleinheit, mit der einem vom Fahrer des Kraft fahrzeugs am Lenkrad vorgegebenen Lenkradwinkel ein von Fahrzeug- und Umgebungsbedingungen abhängiger Zusatzlenk winkel mittels eines an einem Eingang eines Überlage rungsgetriebes angreifenden elektrischen Stellmotors überlagerbar ist, wobei dieser Eingang des Überlage rungsgetriebes durch eine von der Steuer-/Regeleinheit aktivierbare Sicherheitskupplung gegen ungewollte Verdrehung bei Fehlern im Lenksystem sicherbar ist.

Ein derartiges aktives Lenksystem ist aus der DE-OS 40 31 316 bekannt. Dieses bekannte aktive Lenksystem wird nun anhand der beiliegenden Fig. 1 erläutert. Einem an einem Lenkrad 1 eines Kraftfahrzeugs eingestellten Lenkradwinkel δL (Lenkwelle 16) wird ein durch einen elektrischen Stellmotor 3 eingestellter Zusatzlenkwinkel δM (Welle 20) mittels eines Überlagerungsgetriebes 2 überlagert, so daß ein resultierender oder überlagerter Lenkwinkel δL' entsteht (Welle 17). Durch den dem Lenkradwinkel δL überlagerten Zusatzlenkwinkel δM wird der Lenkwinkel der Räder unabhängig vom Lenkradwinkel δL veränderbar. Dadurch werden Vorteile hinsichtlich Fahrdynamik, Fahrsicherheit und Fahrkomfort erzielt. Der elektrische Stellmotor 3 wird von einer (nicht gezeigten) Steuer-/Regeleinheit mit einem elektrischen Stellsignal beaufschlagt, das dem Sollwert des Zusatzlenkwinkels δM entspricht.

Der am Ausgang des Überlagerungsgetriebes 2 erzeugte überlagerte Lenkwinkel δL' wird einem Lenkgetriebe 4 eingeleitet, durch welches das Lenkgestänge 6 für die gelenkten Vorderräder 5a und 5b betätigt wird.

Damit bei einem derartigen aktiven Lenksystem keine unge wollten Zusatzlenkwinkel durch die Drehmomente in der Lenksäule erzeugt werden, d. h. um ein sicheres Lenken bei einem Fehler im Lenksystem zu gewährleisten, muß der Eingang des Überlagerungsgetriebes für den Zusatzlenkwinkel δM (Welle 20) gegen ungewolltes Verdrehen gesichert werden. Bei den bisher bekannten Lösungen geschieht dies durch selbsthemmende Getriebestufen, die in Treibrichtung jedoch ungünstig kleine Wirkungsgrade aufweisen, oder durch Kupplungen. Letztere sind üblicherweise reibschlüssig und müssen für ausreichende Momente ausgelegt werden, damit ein ungewolltes Verdrehen der Zusatzlenkwinkelwelle sicher ausgeschlossen ist. Auch formschlüssige Kupplungen wurden in Erwägung gezogen, da sie bei gleichem maximalen Kupplungsmoment geringeres Gewicht und kleineren Bauraum gegenüber reibschlüssigen Kupplungen aufweisen. Dabei müssen jedoch beim Einrasten der Kupplung unter Umständen komfortmindernde Drehmomentsprünge in Kauf genommen werden, die deutlich im Lenkrad spürbar sind.

Aufgaben und Vorteile der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Sicher heitsvorrichtung so anzugeben, daß durch den Einsatz einer formschlüssigen Sicherheitskupplung eine hohe Sicherheit beim Auftreten von Systemfehlern gewährleistet ist und daß trotz der formschlüssigen Sicherheitskupplung ein komfortabler Betrieb des aktiven Lenksystems erreicht wird.

Die obige Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Dadurch, daß die Sicherheitskupplung als formschlüssige Kupplung gestaltet ist, daß in der Steuer-/Regeleinheit eine oder mehrere Stellungen gespeichert sind, in der durch die Kupplung miteinander verbindbare Wellen einrasten können und daß die Steuer-/Regeleinheit dafür eingerichtet ist, die Kupplung bei ordnungsgemäß funktionierendem Stellmotor nur dann zu schließen, wenn eine Winkelzuordnung der durch die Kupplung kuppelbaren Wellen vorliegt, die ein Einrasten der Kupplung ermöglicht, wird eine hohe Sicherheit bei Systemfehlern durch die formschlüssige Sicherheitskupplung und außerdem ein komfortabler Lenksystembetrieb trotz formschlüssiger Sicherheitskupplung erreicht.

Wie erwähnt, hat eine formschlüssige Sicherheitskupplung gegenüber einer reibschlüssigen Kupplung ein geringeres Gewicht und ein kleineres Bauvolumen. Im Vergleich mit einer selbsthemmenden Getriebestufe hat eine formschlüssige Sicherheitskupplung einen hohen Wirkungsgrad.

Die Steuer-/Regeleinheit kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung dazu eingerichtet sein, den elektrischen Stellmotor aktiv auf eine passende Winkelzuordnung der durch die Kupplung zu verbindenden Wellen einzustellen, so daß die Sicherheitskupplung einrasten kann.

Weiterhin kann die Steuer-/Regeleinheit einen Fehlerfall des Lenksystems erkennen, der eine Beeinflussung der Winkelzuordnung unter Umständen verhindert und kann dann die Sicherheitskupplung ohne Rücksicht auf die Winkelzuordnung schließen.

Die Sicherheitskupplung kann als Klauenkupplung ausgeführt sein. Vorteilhafterweise wird die Sicherheitskupplung elektromagnetisch von der Steuer-/Regeleinheit betätigt.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt im einzelnen:

Fig. 1 schematisch das bereits beschriebene bekannte aktive Lenksystem;

Fig. 2 ein Funktionsblockschaltbild eines mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung versehenen aktiven Lenksystems;

Fig. 3 in einem schematischen Längsschnitt eine kombinierte Überlagerungsgetriebe-Stellmotor-Kupplungs einheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 4 in einem schematischen Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel einer kombinierten Überlagerungs getriebe-Stellmotor-Kupplungseinheit.

Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 2 dargestellte Funktionsblockschaltbild zeigt ein erfindungsgemäß mit einer Sicherheitskupplung 38, 39 versehenes Überlagerungsgetriebe 32, dem an einem Eingang der an einem Lenkrad 31 über die Lenkradwelle 16 eingestellte Lenkradwinkel δL und an einem anderen Eingang (Welle 20) der von einem elektrischen Stellmotor 33 eingestellte Zusatzlenkwinkel δM zugeführt werden. Wie schon erwähnt, erzeugt das Überlagerungsgetriebe aus den ihm eingangsseitig zugeführten Lenkwinkeln δL und δM einen überlagerten Winkel δL', der über eine Welle 17 einem Lenkgetriebe 34 zugeführt wird und der zu einem Lenkwinkeleinschlag δV an den Vorderrädern eines Fahrzeugs 35 führt. Zur Ermittlung des dem elektrischen Stellmotor 33 zuzuführenden elektrischen Stellsignals (Strom oder Spannung) empfängt eine Steuer-/Regeleinheit 37 eingangsseitig wenigstens den von einem ersten Winkelsensor 45 erfaßten Lenkradwinkel δL und den von einem zweiten Winkelsensor 41 erfaßten Zusatzlenkwinkel δM. Weitere Signale, die Fahrzustand, Umgebungssituation, den Winkel δV der Vorderräder usw. angeben werden der Steuer-/Regeleinheit 37 von weiteren Sensoren 36 und anderen Steuergeräten im Fahrzeug eingegeben.

Erfindungsgemäß schließt die Steuer-/Regeleinheit 37 die Kupplung 38, 39 immer nur dann, wenn eine Winkelzuordnung der durch die Kupplung zu verrastenden Wellen 16 und 17 oder 16 und 20 vorliegt, die ein Einrasten der form schlüssigen Kupplung ermöglicht. Diese Winkelzuordnungen sind bekannt und in einem der Steuer-/Regeleinheit 37 zugeordneten Speicher 40 abgelegt. Die Istwerte der Winkelstellungen der Wellen 16, 17 und 20 werden der Steuer-/Regeleinheit 37 durch die ihren Eingängen anliegenden Sensorsignale jeweils von den Sensoren 45, 36 und 41 mitgeteilt.

Optionell stellt die Steuer-/Regeleinheit 37 die Winkelzu ordnung der durch die formschlüssige Kupplung 38, 39 miteinander zu verbindenden Wellen aktiv durch eine entsprechende Einstellung der den Zusatzlenkwinkels δM eingebenden Welle 20 durch den elektrischen Stellmotor 33 her. Damit ist ein komfortables Schließen der Kupplung 38, 39 bei ordnungsgemäßer Stellfunktion des Stellmotors 33 gewährleistet.

Im Fehlerfall, der eine Beeinflussung der Winkelzuordnung unter Umständen verhindert, schließt die Steuer-/Regel einheit die Kupplung 38, 39 ohne Rücksicht auf die Winkelzuordnung, d. h. ohne Rücksicht auf den Lenkkomfort. Die Kupplung rastet dann beim nächsten Vorliegen einer einrastfähigen Winkelzuordnung ein und stellt trotz eines Lenksystemfehlers ein problemloses Lenken sicher.

Der in Fig. 3 gezeigte Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer kombinierten Überlagerungs getriebe-Stellmotor-Kupplungseinheit zeigt, daß innerhalb einer hohlzylindrischen Erweiterung der Lenkradwelle 16 der elektrische Stellmotor 33, das Überlagerungsgetriebe 32 und die z. B. als Klauenkupplung ausgebildete Kupplung 38, 39 untergebracht sind. Die Ausgangswelle 17 des Überlagerungsgetriebes 32 ist zentrisch am gegenüber liegenden Ende der zylindrischen Erweiterung der Lenkrad welle 16 gelagert, und die Kupplung 38, 39 greift dort zwischen der Lenkradwelle 16 und der Ausgangswelle 17 des Überlagerungsgetriebes 32 ein.

Fig. 4 zeigt in Form eines schematischen Längsschnitts ein zweites Ausführungsbeispiel einer kombinierten Einheit, die in einem zu Fig. 3 ähnlichen Aufbau das Überlagerungsgetriebe 32, den elektrischen Stellmotor 33 und die Sicherheitskupplung 38, 39 beinhaltet. Die Kupplung 38, 39 kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ebenfalls als Klauenkupplung ausgeführt sein und dient zur formschlüssigen Verrastung der Lenkradwelle 16 mit der Eingangswelle 20 vom Stellmotor 33. Bei beiden Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3 und Fig. 4 ist die Kupplung 38, 39 elektromagnetisch von der (nicht gezeigten) Steuer-/Regeleinheit 37 betätigbar. Die Kupplung 38, 39 kann eine oder mehrere Raststellungen aufweisen, in denen die Wellen 16 und 17 (Fig. 3) bzw. die Wellen 16 und 20 (Fig. 4) formschlüssig miteinander verrastet werden können.

Die Erfindung ermöglicht insgesamt eine hohe Sicherheit bei auftretenden Systemfehlern aufgrund der formschlüssigen Sicherheitskupplung und einen komfortablen Lenk systembetrieb trotz der formschlüssigen Sicherheits kupplung. Die formschlüssige Sicherheitskupplung verbindet geringen Raumbedarf mit geringem Gewicht und hat einen höheren Wirkungsgrad als eine selbsthemmende Getriebestufe.

Claims

1. Sicherheitsvorrichtung für ein aktives Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit einer Steuer-/Regeleinheit (37), mit der einem vom Fahrer des Kraftfahrzeugs am Lenkrad (10) vorgegebenen Lenkradwinkel (δL) ein von Fahrzeug- und Umgebungsbedingungen abhängiger Zusatzlenkwinkel (δM) mittels eines an einem Eingang eines Überlagerungsgetriebes (32) angreifenden elektrischen Stellmotors (33) überlagerbar ist, wobei dieser Eingang des Überlage rungsgetriebes (32) durch eine von der Steuer-/Regeleinheit (37) aktivierbare Sicherheitskupplung (38, 39) gegen ungewollte Verdrehung bei Fehlern im Lenksystem sicherbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitskupplung (38, 39) als formschlüssige Kupplung ausgeführt ist, daß in der Steuer-/Regeleinheit (37) eine oder mehrere Stellungen gespeichert sind, in der durch die Kupplung (38, 39) miteinander verbindbare Wellen (16, 17; 16, 20) des Überlagerungsgetriebes (32) einrasten können, und daß die Steuer-/Regeleinheit (37) dazu eingerichtet ist, die Kupplung (38, 39) bei ordnungsgemäß funktionierendem Stellmotor (33) nur dann zu schließen, wenn sie erkannt hat, daß eine Winkelzuordnung der durch die Kupplung (38, 39) kuppelbaren Wellen (16, 17; 16, 20) vorliegt, die ein Einrasten der Kupplung (38, 39) ermöglicht.

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-/Regeleinheit (37) den elektrischen Stellmotor (33) aktiv auf eine passende Winkelzuordnung der durch die Kupplung (38, 39) zu verbindenden Wellen (16, 17; 16, 20) einstellt.

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-/Regeleinheit (37) einen Fehlerfall des Lenksystems erkennt, der eine Beeinflussung der Winkelzuordnung unter Umständen verhindert und dann die Kupplung (38, 39) ohne Rücksicht auf die Winkelzuordnung schließt.

4. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (38, 39) als Klauenkupplung ausgeführt ist.

5. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (38, 39) elektromagnetisch betätigbar ist.