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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Lenksteuerungssysteme,
mit denen Kraftfahrzeuge und insbesondere, aber nicht ausschließlich, Nutzfahrzeuge,
wie Lastwagen, ausgestattet werden.
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Sie
betrifft insbesondere Lenksysteme, bei denen das Einschlagen der
Räder nicht
durch ein mechanisches Getriebe, sondern mittels einer oder mehrerer
Vorrichtungen erhalten wird, die hydraulische, elektrohydraulische
oder elektrische Kreise einsetzen. Dieser Lenkungstyp ist unter
der Bezeichnung "Steer
by Wire" bekannt.
Die Erfindung zielt insbesondere auf ein Verfahren zur Lenksteuerung
mittels dieser Systemart ab, mit dem eine gewisse Kontrolle der
Lenkung bewahrt werden soll, wenn die Steuerungssysteme einen Defekt
verzeichnen.
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Stand der
Technik
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Insgesamt
wirken die "Steer
by Wire" genannten
Lenksysteme auf den Einschlagwinkel der Räder mittels eines oder mehrerer
Stellglieder, die in Abhängigkeit
von der Winkelposition des Lenkrads oder auch eines Manipulators
in Form eines Knüppels
oder Hebels, oder allgemeiner jedes Organs zur Steuerung der Lenkung,
gesteuert werden.
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Diese
Signale werden im Allgemeinen durch eine elektronische Befehlssteuerungseinheit
verarbeitet. Diese elektronische Steuereinheit steuert verschiedene
elektrische oder elektrohydraulische Komponenten, die einem Stellglied
zugeordnet sind, das ein Verändern
des Einschlagwinkels des Rads erlaubt. Es gibt auch rein hydraulische
Systeme, die es ebenfalls erlauben, ausgehend von der Drehung des Lenkrads
eine Änderung
des Einschlagwinkels der Räder
zu steuern.
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Einige
dieser Systeme, insbesondere die von der Anmelderin in der
FR 2 810 615 beschriebenen,
weisen zwei gesonderte Vorrichtungen auf, von denen jede für die Steuerung
des Einschlagwinkels eines Rads zuständig ist. In der Praxis umfassen
diese Fahrzeuge zwei hydraulische Kreise, von denen jeder einem
Stellglied zugeordnet ist, das für
den Einschlag eines der Räder
verantwortlich ist. Jeder dieser hydraulischen Kreise wird von einer
spezifischen Befehlssteuerungseinheit gesteuert. Dieser Lenkungstyp
weist einen wesentlichen Nachteil auf, wenn eine der unabhängigen Vorrichtungen
defekt ist. Dann ist es nämlich
erforderlich, eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Rädern herzustellen,
damit ihre Einschlagwinkel bis auf die Parallelismuskorrekturen
unmerklich gleich sind. Diese im defekten Modus funktionierende
mechanische Verbindung ist besonders schwierig herzustellen.
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Das
Problem, dessen Lösung
sich die Erfindung zur Aufgabe stellt, ist es, den Ausfall eines
der Systeme, die die Steuerung des Einschlags eines der Räder gewährleisten,
zu steuern und dies zumindest so, dass es dem Fahrer möglich ist,
die Lenkung bis zum Anhalten des Fahrzeugs kontrollieren zu können. Nun
gibt es aber aufgrund der erheblichen Anzahl der eingesetzten Elemente
zahlreiche Gründe für den Ausfall
dieser Steuerkreise. Neben eventuellen Pannen aufgrund eines mechanischen
Bruchs können
hauptsächlich
Ausfälle
aufgrund von Problemen genannt werden, die bei den hydraulischen
oder elektrohydraulischen Komponenten auftreten, vor allem aber
bei den elektronischen Befehlssteuerungseinheiten.
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In
mechanischer Hinsicht weisen die Lenksysteme eine Gelenkverbindung
des Rads bezogen auf das Fahrzeugchassis auf, die in Form eines
Zapfens vorliegt. Dieser Zapfen ist nicht genau vertikal, sondern
ganz leicht nach vorne und nach außen gemäß einem Nachlaufwinkel bzw.
einem Schwenkwinkel geneigt. Dadurch hat, wenn die die Veränderung des
Einschlagwinkels gewährleistende
Vorrichtung inaktiv wird und folglich zulässt, dass sich das Rad natürlich ausrichtet,
dieses die Tendenz, sich durch einen Einschlag nach innen auszurichten.
Dieser unbeabsichtigte Einschlag des Rads kann also die Bahn verändern und
zu einem Verlust der Kontrolle über
das Fahrzeug führen.
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Ein
weiteres Problem, dessen Lösung
sich die Erfindung zur Aufgabe stellt, ist die Vermeidung eines
unangebrachten und unkontrollierten Einschlags des Rads bei Ausfall
des Steuersystems für den
Einschlag dieses Rads.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich folglich auf ein Verfahren zur Steuerung
der Lenkung eines Kraftfahrzeugs, bei welchem der Einschlagwinkel
eines jeden Rads durch eine einem Rad zugeteilte Vorrichtung unabhängig gesteuert
wird. Jede Vorrichtung zur Steuerung des Einschlags eines Rads weist
ein Stellglied, einen Bypassschieber, einen Verteiler und eine Steuereinheit
auf. Erfindungsgemäß zeichnet sich
das Verfahren zur Steuerung der Lenkung dadurch aus, dass im Falle
des Ausfalls einer der Vorrichtungen zur Steuerung des Einschlags
eines der Räder
die Fähigkeit
zur Veränderung
des Einschlagwinkels des betreffenden Rads auf automatische Weise
stark eingeschränkt
wird.
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Mit
anderen Worten wird, sobald festgestellt wird, dass die Vorrichtung
zur Steuerung des Einschlags eines Rads nicht mehr einsatzfähig ist,
in dem Sinne, dass sie nicht mehr in der Lage ist, den vom Fahrer
angeforderten Winkel zu erzielen, jegliche nicht ordnungsgemäße Bewegung
des Rads, dessen Steuerung nicht mehr sichergestellt ist, verhindert.
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Diese
Einschränkung
der Fähigkeit
zum Verändern
des Einschlagwinkels kann durch eine vollständige, aber auch durch eine
quasi vollständige Blockierung
des Lenkwinkels, d.h. durch das Bringen der verschiedenen beteiligten
Stellglieder in eine derartige Anordnung, dass sie die Einschlagbewegungen
des Rads sehr stark dämpfen,
erreicht werden.
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In
der Praxis kann das Blockieren des Winkels des betreffenden Rads
entweder unmittelbar nach Auftreten des Ausfalls erfolgen oder aber
auch dann, wenn der Einschlagwinkel in einen vorbestimmten Bereich
eintritt, in dem die Sicherheitsbedingungen als erfüllt betrachtet
werden, damit die Bahn bis zum Anhalten des Fahrzeugs eingehalten wird.
In der Praxis kann bevorzugt werden, dass der Einschlagwinkel blockiert
wird, wenn der Einschlagwinkel den Wert Null beträgt, was
einer geradlinigen Bahn geradeaus entspricht.
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Beispielsweise
kann die Steuervorrichtung ein hydraulisches Stellglied, wie einen
Zylinder, umfassen. In diesem Fall kann bei einem Ausfall der Vorrichtung
zur Steuerung des Einschlags der Kolben des Zylinders in einer feststehenden
Stellung blockiert werden, indem die Versorgungskreise des Zylinders
geschlossen werden. In diesem Fall kann es sein, dass die Blockierung
nicht vollständig
ist, sondern dass man eine leichte Schwankung dieses Ein schlagwinkels
aufgrund von Leckagen innerhalb des Zylinders beobachten kann, die
aufgrund der erheblichen Kräfte
erfolgen, die durch das Positionieren des Rads in eine leicht von
der Bahn abweichende Richtung erzeugt werden.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung kann das Halten des Rads in der gewünschten
Einschlagrichtung auch dadurch gewährleistet werden, dass eine
Bremskraft an das defekte Rad angelegt wird. Diese Bremskraft kompensiert
die natürliche
Tendenz des nicht mehr gelenkten Rads, nach innen einzuschlagen.
Es wird also eine Bremskraft auf dieses Rad ausgeübt, damit
die dieser Bremskraft entgegengesetzte Reaktion ein Einschlagen
des freien Rads nach außen
bewirkt. Mit anderen Worten, diese Bremskraft wird ausgeübt, um den
natürlichen
Einschlag nach innen zu kompensieren, was es erlaubt, eine gewisse
Beherrschung der Lenkung des dem ausgefallenen System zugeordneten Rads
zu bewahren, wenn die auf das Stellglied ausgeübte Dämpfung eine gewisse Bewegung
des Rads erlaubt.
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Dieser
auf eine Bremsung folgende Effekt kann auf verschiedene Weise eingesetzt
werden. So kann er, noch bevor der Einschlagwinkel blockiert wird,
verwendet werden, um den Einschlag auf einen gewünschten Wert einzustellen.
Diese Bremsung wird anschließend
unterbrochen, um eine Phase der Blockierung (oder starken Dämpfung)
des Einschlags einzuleiten. Diese spezifische Bremsung kann auch
nach einer ersten Phase der Blockierung erfolgen, um den Einschlagwinkel
auf einen Wert zu optimieren, der sich entwickelt hat. In diesem
Fall wird die Blockierung für
einige Augenblicke unterbrochen, um es dieser spezifischen Bremskraft
zu erlauben, das Rad in eine Einschlagposition zu führen, die der
Entwicklung der Bahn entspricht. Die Blockierung (oder die starke
Dämpfung)
wird anschließend
erneut vorgenommen.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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Die
Art und Weise der Umsetzung der Erfindung sowie die sich aus ihr
ergebenden Vorteile werden aus der Beschreibung des folgenden Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die beigefügten
Figuren besser ersichtlich, in denen
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1 ein
allgemeines Übersichtsschaubild ist,
das ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Lenksystems
zeigt,
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2 eine
Seitenansicht des rechten gelenkten Rads ist, das die Neigung des
Lenkzapfens nach vorne zeigt,
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3 eine
Draufsicht auf das Rad von 2 ist und
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4 eine
Vorderansicht des Rads von 2 ist, die
die Neigung des Lenkzapfens nach außen zeigt.
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Art der Ausführung der
Erfindung
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Wie
bereits ausgeführt
wurde, bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung
der Lenkung eines Kraftfahrzeugs, das auf verschiedene Weise ausgeführt werden
kann, insbesondere gemäß der in 1 dargestellten
Ausführungsform.
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So
ist in 1 die Achse (1) zu erkennen, auf der
die beiden gelenkten Räder
(2, 3) angebracht sind. Diese beiden gelenkten
Räder (2, 3)
sind bezogen auf die Achse (1) im Bereich der Lenkzapfen
(4, 5) gelenkig gelagert.
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Die
Lenkstangen (6, 7) sind mit zwei Stellgliedern
(8, 9) verbunden, die bei der dargestellten Ausführungsform
hydraulische Verteiler sein können, die
aber auch gemäß anderen
Technologien, insbesondere elektrisch, ausgeführt sein könnten, ohne den Rahmen der
Erfindung zu verlassen.
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Die
Steuerung jedes Stellglieds (8, 9) erfolgt ausgehend
von einer von einem Sensor (10) ausgegebenen Information,
die repräsentativ
für den
Drehwinkel des Lenkorgans (11) ist, das bei der gezeigten Ausführungsform
ein Lenkrad ist, auf unabhängige Weise.
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Diese
Winkelinformation wird durch die elektronischen Steuerungseinheiten
(12, 13) verarbeitet, die zur Steuerungsvorrichtung
(21, 22) für
den Einschlag eines der Räder
(2, 3) gehören.
Diese elektronischen Steuerungseinheiten (12, 13)
können
interaktiv sein und eine bestimmte Anzahl von Informationen austauschen,
insbesondere für
das Funktionieren im defekten Modus.
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Ein
Fahrzeug umfasst im Allgemeinen zwei Steuerungsvorrichtungen (21, 22)
für den
Einschlag, von denen jede eine elektronische Steuerungseinheit (12, 13)
aufweist, die ein elektri sches Signal erzeugt, das die Steuerung
eines hydraulischen Verteilers (14, 15) erlaubt,
der wiederum den Zylinder (8, 9) über einen
Bypassschieber (16, 17) versorgt.
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Das
Funktionieren der Erfindung hängt
insbesondere von der Geometrie der Gelenkverbindung des Rads (2, 3)
bezogen auf die Lenkachse (1) und insbesondere von der
Neigung der Achse des Gelenkzapfens (4, 5) ab.
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Genauer
gesagt und wie in 2 dargestellt ist, ist die Achse
des Gelenkzapfens (4) gemäß einem bezogen auf die Vertikale
gemessenen Nachlaufwinkel β nach
vorne geneigt.
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Wie
in 4 dargestellt ist, ist die Achse des Gelenkzapfens
(4) gemäß einem
Schwenkwinkel des Rads auch zur Seite geneigt. Daraus folgt, dass
das Rad (2), wie in 3 dargestellt
ist, wenn es frei ist und also nicht den Kräften der Lenkstange (6)
unterliegt, die Tendenz hat, sich gemäß dem Pfeil F1 natürlich nach
innen auszurichten.
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Erfindungsgemäß wird im
Falle eines Ausfalls der Vorrichtung (21) zur Steuerung
des Einschlags des Rads (2) die Fähigkeit zur Veränderung des
Einschlagwinkels des betreffenden Rads (2) auf automatische
Weise stark eingeschränkt.
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In
der Praxis wird zur Vermeidung dieser natürlichen Tendenz zum Einschlag
nach innen bevorzugt, das Stellglied (8) zu blockieren,
das für
den Einschlag eines Rads (2) verantwortlich ist.
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Wie
in 1 gezeigt ist, kann diese Blockierung beispielsweise
durch Steuerung des Bypassschiebers (16) derart, dass die
beiden Kammern des Zylinders (8) geschlossen werden, erfolgen.
In diesem Fall hat der Zylinder (8) nicht mehr die Möglichkeit,
sich frei zu verschieben. Die Blockierung kann jedoch nicht vollständig sein,
man beobachtet eine leichte Schwankung dieses Einschlagwinkels aufgrund
von Leckagen im Inneren des Zylinders (8). Diese Leckagen
stammen von den erheblichen Kräften,
die durch das Positionieren des Rads (2) in eine leicht
von der Bahn abweichende Richtung erzeugt werden.
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In
der Praxis kann die Steuerung der Blockierung auf verschiedene Weise
erfolgen, entweder unmittelbar nach dem Auftreten des Ausfalls oder
aber, wenn der Einschlagwinkel in einen vorbestimmten Bereich eintritt,
in dem die Sicherheitsbedingungen als erfüllt betrachtet werden, damit
die Bahn bis zum Anhalten des Fahrzeugs eingehalten wird. In der
Praxis kann bevorzugt werden, dass der Einschlagwinkel blockiert
wird, wenn der Einschlagwinkel den Wert Null beträgt, was
einer geradlinigen Bahn geradeaus entspricht.
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Somit
kann eine für
die Blockierungsfunktion zuständige
elektronische Steuereinheit (20) Informationen über das
ordnungsgemäße Funktionieren
der verschiedenen, für
jedes Rad (2, 3) zuständigen Vorrichtungen (21, 22)
zur Steuerung des Einschlags erhalten.
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Wenn
eine dieser Vorrichtungen (21, 22) ausfällt, kann
die Einheit (20) ausgehend von einer für den Einschlagwinkel des betreffenden
Rads (2, 3) repräsentativen Information die
Blockierung bestimmen, die auf Letzteres auszuüben ist. Diese Information
kann von einem der Vorrichtung (21) zur Steuerung des Einschlags
des Rads (2) zugeordneten Sensor oder von einem der Vorrichtung
(22) zur Steuerung des Einschlags des anderen Rads (3)
zugeordneten Sensor ausgehen. Dabei kann es sich um einen dem Zylinder
(8) der ausgefallenen Einschlagvorrichtung (21)
zugeordneten Lagesensor handeln. Es kann sich aber auch um eine
Information bezüglich
des Einschlag des anderen Rads (3) handeln, ausgehend von
der es möglich
ist, unter Berücksichtigung
der Parallelgeometrie und beispielsweise über Jeantaud-Diagramme, den
Einschlagwinkel des ausgefallenen Rads (2) zu bestimmen.
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Aus
dem Vorstehenden ergibt sich, dass es das erfindungsgemäße Verfahren
zur Lenksteuerung erlaubt, die Fähigkeit
zur Veränderung
des Einschlagwinkels eines Rads auf automatische Weise stark zu
begrenzen, wenn dessen Steuerungsvorrichtung einen Defekt hat und
deshalb abgeschaltet wird.