DE19908357B4

DE19908357B4 - Sicherheitsvorrichtung für ein aktives Lenksystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19908357B4
Application number: DE1999108357
Authority: DE
Inventors: Matthias Hackl; Wolfgang Dr. Kraemer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: DE19908357A1

Abstract

Sicherheitsvorrichtung für ein aktives Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit einer Steuer/Regeleinheit (37), mit der einem vom Fahrer des Kraftfahrzeugs am Lenkrad (31) 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 Überlagerungsgetriebes (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...

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 Kraftfahrzeugs am Lenkrad vorgegebenen Lenkradwinkel ein von Fahrzeug- und Umgebungsbedingungen abhängiger Zusatzlenkwinkel mittels eines an einem Eingang eines Überlagerungsgetriebes angreifenden elektrischen Stellmotors überlagerbar ist, wobei dieser Eingang des Überlagerungsgetriebes 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 40 31 316 A1 bekannt. Dieses bekannte aktive Lenksystem wird nun anhand der beiliegenden 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 ungewollten 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.
Die DE 29 51 277 A1 zeigt ein Lenksystem, bei dem eine Stelleinheit derart angesteuert wird, dass entsprechend den Erfordernissen einer Vorhaltelenkung das Lenkgetriebe bei einem plötzlichen Lenkhandradausschlag stärker betätigt wird als es dem Maß des Lenkhandrad-Ausschlags entspricht. Hierzu ist eine vom Lenkrad zum Lenkgetriebe führende, geteilte Lenkspindel sowie ein Stellmotor zum Antrieb des in das Lenkgetriebe führenden Teils der Lenkspindel vorgesehen. Weiterhin zeigt die DE 29 51 277 A1 eine formschlüssige Kupplungseinrichtung, durch die die beiden Teile der Lenkspindel miteinander verbindbar sind. Die Kupplung wird bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten und bei einer Störung der Energieversorgung oder bei Fehlern in der Steuerung eingerückt. In diesem Fall sind die Stellmotoren blockiert. Weitere Bedingungen für das Einrücken der Kupplung sind in der DE 29 51 277 A1 nicht genannt.
DE 196 01 827 A1 zeigt eine Überlagerungslenkung mit einer Arretiervorrichtung zur Arretierung des Lenkrades bei wenigstens einer bestimmten Stellung des Lenkrades. Der Kern der DE 196 01 827 A1 besteht darin, dass bei einer bestimmten, vorgegebenen Betriebsbedingung das Lenkrad durch eine Ansteuerung des Stellantriebes in diese bestimmte Stellung gebracht wird.
Aufgaben und Vorteile der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Sicherheitsvorrichtung 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 erfindungsgemäß durch eine Sicherheitsvorrichtung mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sind aus den Unteransprüchen. 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:
1 schematisch das bereits beschriebene bekannte aktive Lenksystem;
2 ein Funktionsblockschaltbild eines mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung versehenen aktiven Lenksystems;
3 in einem schematischen Längsschnitt eine kombinierte Überlagerungsgetriebe-Stellmotor-Kupplungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
4 in einem schematischen Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel einer kombinierten Überlagerungsgetriebe-Stellmotor-Kupplungseinheit.
Ausführungsbeispiele
Das in 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 formschlüssigen 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 Winkelzuordnung 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/Regeleinheit 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 3 gezeigte Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer kombinierten Überlagerungsgetriebe-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 gegenüberliegenden Ende der zylindrischen Erweiterung der Lenkradwelle 16 gelagert, und die Kupplung 38, 39 greift dort zwischen der Lenkradwelle 16 und der Ausgangswelle 17 des Überlagerungsgetriebes 32 ein.
4 zeigt in Form eines schematischen Längsschnitts ein zweites Ausführungsbeispiel einer kombinierten Einheit, die in einem zu 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 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 3 und 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 (3) bzw. die Wellen 16 und 20 (4) formschlüssig miteinander verrastet werden können.
Die Erfindung ermöglicht insgesamt eine hohe Sicherheit bei auftretenden Systemfehlern aufgrund der formschlüssigen Sicherheitskupplung und einen komfortablen Lenksystembetrieb trotz der formschlüssigen Sicherheitskupplung. Die formschlüssige Sicherheitskupplung verbindet geringen Raumbedarf mit geringem Gewicht und hat einen höheren Wirkungsgrad als eine selbsthemmende Getriebestufe.

Claims

Sicherheitsvorrichtung für ein aktives Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit einer Steuer/Regeleinheit (37), mit der einem vom Fahrer des Kraftfahrzeugs am Lenkrad (31) 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 Überlagerungsgetriebes (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.
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.
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.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (38, 39) als Klauenkupplung ausgeführt ist.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (38, 39) elektromagnetisch betätigbar ist.