DE19944459A1 - Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Hilfskraft-Lenksystem mit mindestens einem Lenkradaktuator (11) und mindestens einem Lenkradaktuator (1) und einer hydraulischen Rückfallebene, bei der der Lenkaktuator (1) über Rückschlagventile (21, 22) ge- bzw. entsperrt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Hilfskraft-Lenksysteme, die ohne mechanische Kopplung zwischen Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern arbeiten, werden als steer-by-wire-Lenksysteme bezeichnet. Diese Hilfskraft-Lenksysteme weisen einen mit dem Lenkhandrad gekoppelten Lenkradaktuator auf, der sich beispielsweise aus Elektromotor, Lenkwinkel- und/oder Drehmomentsensor zusammensetzt. Dieser Lenkradaktuator ist über eine elek­ tronische Regelung mit einem Lenkaktuator verbunden, der elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeiten kann. Die Differenz zwischen einem vorgegebenen Soll-Wert und einem gemessenen Ist-Wert wird von einer Sensorik erfaßt und an ein Steuergerät übermittelt. Eine Elektronikeinheit berech­ net dann aus diesem Signal und in Abhängigkeit von weiteren Faktoren wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Querbeschleuni­ gung, Fahrbahnoberfläche und Beladungszustand ein erforder­ liches Hilfsmoment, das über den Lenkaktuator auf die zu lenkenden Räder des Kraftfahrzeuges übertragen wird. Um dem Fahrer Rückmeldung über den momentanen Fahrzustand übermit­ teln zu können, wird über den Lenkradaktuator ein entspre­ chendes Signal auf das Lenkhandrad übertragen, sodaß der Fahrer ein gleiches Lenkgefühl wahrnimmt, wie er es von herkömmlichen, mechanisch gekoppelten Hilfskraft- Lenksystemen gewohnt ist.

Aus der DE 196 15 544 C1 ist eine Fahrzeuglenkung be­ kanntgeworden, die nach dem Konzept "steer-by-wire" arbei­ tet und ein hydraulisches Stellaggregat aufweist, welches über zwei separate Hydraulikkreise betätigt werden kann, die so miteinander vernetzt sind, daß Systemteile des einen Hydraulikkreises auch in dem anderen Hydraulikkreis verwen­ det werden können. Dies wird durch umschaltbare Steuerven­ tilaggregate bewerkstelligt, die elektromagnetisch gesteu­ erte Stellantriebe aufweisen.

Deren Stromversorgung übernimmt im Normalbetrieb die Fahr­ zeugbatterie, jedoch kann auch eine zusätzliche Stromver­ sorgung vorgesehen werden.

Nachteilig an dem aus der DE 196 15 544 C1 bekanntge­ wordene Stand der Technik ist die Tatsache, daß relativ viele verschiedene Ventile im Fahrzeug räumlich weit von­ einander getrennt untergebracht sind und deshalb aufwendig miteinander vernetzt werden müssen. Diese Vielzahl an ver­ schiedenen Ventilen birgt ein hohes Ausfallrisiko.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Hilfskraft-Lenksystem darzustellen, bei dem mit mög­ lichst wenigen, einfachen Ventilen alle erforderlichen Funktionen sicher dargestellt werden können. Weiterhin soll das Hilfskraft-Lenksystem eine Rückfallebene aufweisen, die es beim Ausfall der Fahrzeugelektronik ermöglicht, das Fahrzeug sicher zum Stillstand zu bringen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemäßes Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge gelöst.

Das erfindungsgemäße Hilfskraft-Lenksystem weist einen Lenkradaktuator auf, der zur Übertragung des vom Fahrer über ein Lenkhandrad aufgebrachten Lenkwunsches und zur Erzeugung eines Lenkgefühls als Rückmeldung für den Fahrer verwendet wird. Das Lenkhandrad ist durch ein drehelasti­ sches Glied und ein Getriebe mit einem, vorzugsweise als Asynchronmotor ausgebildeten, Elektromotor verbunden. Als Getriebe können Planeten- oder Schneckengetriebe verwendet werden. Zusätzlich ist das Lenkhandrad mit einer reversier­ baren Hydropumpe, die vorzugsweise als Zahnradpumpe ausge­ bildet ist, verbunden. Der Lenkradaktuator ist über eine Regelstrecke mit einem Lenkaktuator verbunden. Dieser Len­ kaktuator besteht aus einer Kolben-/Zylinder-Einheit, die den über den Lenkradaktuator eingeleiteten Lenkwunsch des Fahrers an die zu lenkenden Räder des Kraftfahrzeuges wei­ tergibt. Durch die Integration von Erfassungseinheiten in den Verbindungselementen von Lenkaktuator und Karosserie­ aufbau können auftretende Zug- und Druckkräfte, die über Spurstangen der gelenkten Fahrzeugräder auf den Lenkaktua­ tor einwirken, direkt gemessen werden. Der Lenkaktuator kann somit z. B. mittels Kraftmeßbolzen am Karosserieaufbau befestigt werden, die die auftretenden Kräfte ohne Beein­ flussung durch einwirkende Störsignale direkt erfassen kön­ nen. Der Lenkaktuator ist mit einer weiteren reversierbaren Hydropumpe, die über einen Elektromotor und ein Getriebe angetrieben wird, verbunden. Diese zweite reversierbare Hydropumpe fördert ein Hydraulikmedium über Leitungen oder Schläuche in Druckräume der Kolben-/Zylinder-Einheit. Ein 4/2-Wegeventil verbindet beziehungsweise trennt die beiden Hydraulikkreise, abhängig vom jeweiligen Betriebszustand. So kann es bei einer Störung im steer-by-wire-Betrieb dazu kommen, daß die hydraulische Rückfallebene durch Verbinden einer ersten Hydropumpe mit der Kolben-/Zylindereinheit aktiviert wird. Beim aktivieren der hydraulischen Rückfal­ lebene wird die zweite Hydropumpe, an deren Ausgängen entsperrbare Rückschlagventile angeordnet sind, vom Hydrau­ likkreis getrennt. Der Hydraulikkreis ist mit einem Spei­ cher verbunden, der auftretende Leckagen kompensiert und den Hydraulikkreis unter konstanter Vorspannung hält. Ein am Lenkhandrad vorgegebener Lenkwinkel ist eine Ein­ gangsgröße für den Lenkaktuator. Entsprechend dieser Vorga­ be treibt der Elektromotor die Hydropumpe so lange an, bis sich eine dem gemessenen Lenkwinkel entsprechende Verschie­ bung der Kolben-/Zylinder-Einheit eingestellt hat.

Die von den gelenkten Fahrzeugrädern über die Spurstangen auf den Lenkaktuator weitergeleitete Rückwirkung wird durch in der Aufhängung des Lenkaktuators integrierte Erfassungs­ einheiten aufgenommen und verarbeitet.

Dadurch ergibt sich ein Drehmoment-Sollwert, der am Lenkra­ daktuator eingestellt wird. Das dadurch erzeugte Lenkgefühl ist somit eine direkte Größe, die aus Spurstangenkräften und Drehmoment am Lenkhandrad gebildet wird.

Beim Ausfall der Elektronik oder des Elektromotors wird die erste Hydropumpe über das 4/2-Wegeventil mit der Kolben-/ Zylinder-Einheit verbunden und die zweite Hydropumpe durch zwei Rückschlagventile von der Kolben-/Zylinder-Einheit getrennt. Dadurch kann der erste Hydromotor über das Lenk­ handrad manuell angetrieben und dadurch das Fahrzeug ge­ lenkt werden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfin­ dung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der An­ sprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Nachfolgend ist anhand der Figur ein Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung prinzipgemäß beschrieben.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hilfskraft-Lenksystems für Kraft­ fahrzeuge.

Ein erfindungsgemäßes Hilfskraft-Lenksystem für Kraft­ fahrzeuge besteht aus einem Lenkaktuator 1, der über Spur­ stangen 2 und 3 mit Fahrzeugrädern 4 und 5 verbunden ist. Die Spurstangen 2 und 3 sind über ein Verbindungselement 6 fest miteinander verbunden. Die über die Fahrzeugräder 4, 5 und die Spurstangen 2, 3 eingeleiteten Kräfte wirken durch das Verbindungselement 6 direkt auf Befestigungselemente 7 und 8, die den Lenkaktuator 1 mit einem Karosserieaufbau 9 verbinden. Die Befestigungselemente 7, 8 weisen nicht dar­ gestellte Erfassungseinheiten, beispielsweise in Form von Dehnmeßstreifen auf, die die auftretenden Kräfte erfassen. Mit Hilfe dieser erfaßten Kräfte wird eine Rückwirkung durch einen Lenkradaktuator 10 auf ein Lenkhandrad 11 er­ zeugt und so dem Fahrer ein künstlich erzeugtes Lenkgefühl vermittelt, das der momentanen Fahrsituation entspricht. Der Lenkradaktuator 10 setzt sich aus einer Sensor-Ein­ heit 12, einem Elektromotor 13, einer Hydropumpe 14 und einer nicht dargestellten mechanischen Baugruppe, bestehend aus einer Drehstabfeder und einem Getriebe, zusammen, der mit dem Lenkhandrad 11 in Wirkverbindung steht. Die Sensor- Einheit 12 dient zur Erfassung von Lenkwinkel und Drehmo­ ment am Lenkhandrad 11. Der Lenkaktuator 1 ist über Leitun­ gen 17 und 18 mit einem Elektromotor 15 und einer Hydropum­ pe 16 verbunden. Die Hydropumpe 16, der von dem Elektromo­ tor 15 angetrieben wird, fördert Druckmedium hin zu oder weg von der Kolben-/Zylinder-Einheit 19. Abhängig vom Be­ triebszustand verbindet oder trennt ein 4/2-Wegeventil 20 die Hydropumpen 14 und 16. Ausgangseitig der Hydropumpe 16 befinden sich entsperrbare Rückschlagventile 21 und 22, die im Falle einer Aktivierung der hydraulischen Rückfallebene die Hydropumpe 16 vom Hydraulikkreis trennen.

Der Hydraulikkreis wird durch einen Speicher 23 unter Vor­ spannung gehalten, um auftretende Leckagen zu kompensieren. Eine zentrale Steuereinheit 24 ist über Steuerleitungen mit den Elektromotoren 13 und 14, der Sensor-Einheit 12 am Lenkhandrad 11, dem 4/2-Wegeventil 20, den Rückschlagventi­ len 21 und 22, den in den Befestigungselementen 7 und 8 integrierten Sensoren, einem Drucksensor 25 und einem Lage­ sensor 26 verbunden.

Bezugszeichen

1

Lenkaktuator

2

Spurstange

3

Spurstange

4

Fahrzeugrad

5

Fahrzeugrad

6

Verbindungselement

7

Befestigungselement

8

Befestigungselement

9

Karosserieaufbau

10

Lenkradaktuator

11

Lenkhandrad

12

Sensor-Einheit

13

Elektromotor

14

Hydropumpe

15

Elektromotor

16

Hydropumpe

17

Leitung

18

Leitung

19

Kolben-/Zylinder-Einheit

20

4/2-Wegeventil

21

Rückschlagventil

22

Rückschlagventil

23

Speicher

24

zentrale Steuereinheit

25

Drucksensor

26

Lagesensor

Claims (5)

1. Hilfskraft-Lenksystem mit mindestens einem Lenkra­ daktuator (11) und mindestens einem Lenkaktuator (1) und einer hydraulischen Rückfallebene, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lenkaktuator (1) über eine Ven­ tileinheit ge- bzw. entsperrt werden kann.

2. Hilfskraft-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit aus Rückschlagventilen (21, 22) besteht.

3. Hilfskraft-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit ein 4/2-Wegeventil aufweist.

4. Hilfskraft-Lenksystem nasch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Schalten der Rückschlagventile (21, 22) das Hilfskraft-Lenksystem in Mittenstellung blockiert und so eine Mittenzentrierung für einen exakten Geradeauslauf erzeugt werden kann.

5. Hilfskraft-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrich­ tung zur Bestimmung der auftretenden Kräfte gleichzeitig zur Befestigung des Lenkaktuators (1) am Karosserieauf­ bau (9) verwendet wird.