WO2009132744A1 - Fahrzeug-lenksystem der by-wire-bauart - Google Patents

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WO2009132744A1
WO2009132744A1 PCT/EP2009/002408 EP2009002408W WO2009132744A1 WO 2009132744 A1 WO2009132744 A1 WO 2009132744A1 EP 2009002408 W EP2009002408 W EP 2009002408W WO 2009132744 A1 WO2009132744 A1 WO 2009132744A1
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WO
WIPO (PCT)
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steering
hydraulic
actuator
wheel
valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/002408
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Bootz
Norbert Nitzsche
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/003—Backup systems, e.g. for manual steering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R25/00—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles
    • B60R25/01—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles operating on vehicle systems or fittings, e.g. on doors, seats or windscreens
    • B60R25/02—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles operating on vehicle systems or fittings, e.g. on doors, seats or windscreens operating on the steering mechanism
    • B60R25/021—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles operating on vehicle systems or fittings, e.g. on doors, seats or windscreens operating on the steering mechanism restraining movement of the steering column or steering wheel hub, e.g. restraining means controlled by ignition switch
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback

Definitions

  • the invention relates to a vehicle steering system of the by-wire type without mechanical drive between a steering wheel of the driver and a predetermined by the driver via the steering wheel steering movement of at least one steerable vehicle wheel initiating steering gear on which a with signals from the steering wheel Preselection of actuated by an electronic control unit actuator can act with a hydraulic fallback level, which has a coupled to the steering wheel hydraulic delivery unit and coupled to said steering gear or the same forming hydraulic actuator, wherein the hydraulic delivery unit and the hydraulic Position unit can be connected to one another via two hydraulic lines such that, when the actuator is not functioning, a steering wheel rotation angle predefined with the steering wheel is converted into a corresponding wheel steering angle via the hydraulic delivery unit and the hydraulic adjustment unit, these two said hydraulic lines s between the hydraulic delivery unit and the hydraulic actuator via a switchable so-called. Steering valve are connected to each other. Reference is made to the prior art, for example, to DE 198 01 393 A1.
  • steer-by-wire systems in which the driver of a vehicle on the steering wheel or the like (instead of a steering wheel can also be a so-called. Sidestick or other so-called.
  • Steering handle be provided - in the future, for the sake of simplicity, only one Steering wheel as well as with respect to an operation of the same of a steering wheel rotation angle spoken) set steering request the steerable vehicle wheels not on direct mechanical ways, namely as in today's vehicles on the so-called steering column or steering shaft and a coupled steering gear (eg., A rack and pinion steering gear) is transmitted, but by electrical or hydraulic means are advantageous in terms of Abstell mecanicketten for the system components in the vehicle.
  • a rack and pinion steering gear eg., A rack and pinion steering gear
  • a steering angle can also be set on the steerable wheels independently of a specification of the driver, for example, in that thereby an unstable driving condition is counteracted.
  • Fallback level which in terms of a desired Flexibility of space, for example, is hydraulically formed and may include the features listed in the preamble of claim 1, namely, coupled to the steering wheel hydraulic delivery unit and coupled to said steering gear hydraulic actuator, which in a specific embodiment, even the steering -Griebe can form, and one of these two units hydraulically interconnecting hydraulic circuit.
  • This hydraulic circuit has at least two hydraulic lines, via which the hydraulic actuating unit causes the steerable wheels through the hydraulic conveying unit
  • both the hydraulic conveying unit and the hydraulic adjusting unit can have two mutually opposing "working directions.”
  • the hydraulic conveying unit can, for example, pivot in one or the other direction
  • only cause a pivoting movement of the steerable wheels via the hydraulic actuator if there is no short circuit between the two hydraulic lines, via which the hydraulic actuator is movable in one or the other direction.
  • Such a short circuit is in the prior art via a so-called short-circuit line, in which a simple shut-off valve, which can be either closed or fully opened, is provided by opening this shut-off valve, if the hydraulic fallback mode is not to be effective Hydraulic medium only vo n the one side of this conveyor unit circulated through the open short-circuit line to the other side of this conveyor unit.
  • this check valve which is referred to as steering valve in the further (and in the preamble of patent
  • the known steer-by-wire systems have a so-called.
  • Steering moment simulator with the help of which the driver applied steering torque can be applied to the steering wheel opposite moment to the driver a usual steering feel and thus virtually a haptic contact to convey to the roadway.
  • this steering moment simulator is formed by an electric motor acting on the steering wheel, which is suitably controlled by an electronic control unit, such that a so-called hand moment or so-called hand forces adjusts itself on the steering wheel depending on different boundary conditions to be considered or adjust.
  • the solution to this problem is characterized in that said steering valve is designed as a continuous valve, the flow cross-section is substantially continuously between the two extremes "fully closed” and “fully open” adjustable, and that this steering valve is not functional even when fully functioning Open position, but is held in the closed position or is brought into a partially open position, when the steering valve is closed substantially rigid association between the steering wheel rotation angle and the wheel steering angle to be canceled, and that the actuator at least when fully closed steering valve thus controlled is that adjusts for the respective steering operation on the steering wheel a desired as a function of at least one constraint felt for the driver so-called. Hand torque.
  • Advantageous embodiments and further developments are content of the dependent claims.
  • an inventive steering system is indeed of the so-called by-wire type, but is operated in the vast majority of regular operating points not as a by-wire system in pure form, but quasi in a hybrid between a by-wire operation and an activated fallback level ,
  • the hydraulic fallback level is switched on completely or proportionally; at the same time, the elements of the so-called by-wire circumference are active.
  • Parallel working side by side in the presence of a steering request of the driver so called the hydraulic delivery unit and said actuator to implement this steering request, the driver gets a hand torque basically provided by the hydraulic delivery unit on his wheel and the actuator at least with the steering valve closed and thus fully activated fallback level ensures that this hand momentum assumes a certain (desired) amount.
  • this one short circuit between the two hydraulic lines of the fallback level enabling or preventing steering valve is held in its closed position even when functioning actuator, so a wheel steering angle can be adjusted via this fallback level corresponding to a predetermined steering wheel rotation angle, and it can be simultaneously by appropriate Actuation of the actuator a desired manual torque can be set on the steering wheel.
  • the latter is controlled in such a way that when turning the steering wheel by the driver and adjusting the wheel steering angle through the steering gear a hydraulic differential pressure in the two hydraulic lines builds up, which - caused by the steerable wheels at their steering counter-set resistance and translated by the hydraulic delivery unit - leads to a desired manual torque on the steering wheel.
  • the latter can be dependent on boundary conditions, in particular on the driving speed of the vehicle.
  • a steering system according to the invention it is possible in a steering system according to the invention to cancel this just mentioned fixed association between the steering wheel rotation angle and the wheel steering angle, so that a further advantageous property of a steer-by-wire system can be used, namely that of the specification
  • the driver's deviating wheel steering angle can be adjusted, which can be known to be used, for example, to stabilize an unstable driving condition.
  • said steering valve which of course can be designed not only as a one-way valve, but also as a multi-way valve, not only discrete switching positions in so-called. End positions can take, but also any intermediate positions.
  • this steering valve is a so-called.
  • Continuous valve which can not only either 100% produce a short circuit between two hydraulic lines or completely prevent such a short circuit - as is the case with a valve enabling only two discrete switching positions - but such a continuous valve provided between the two hydraulic lines can also produce a partial short circuit (for example a so-called 50% short circuit) between these hydraulic lines.
  • this not only a deviating from a steering specification of the driver wheel steering angle for stabilizing the vehicle driving condition can be adjusted, but it can hereby also the already briefly mentioned steering ratio between the steering wheel or with this predetermined steering wheel rotation angle and then set Wheel steering angle to be changed.
  • conveyed hydraulic fluid flows away from the pressure side of this conveyor unit, while hydraulic fluid to this conveyor unit and quasi to the suction side thereof can flow back via the other hydraulic line, in the case of so-called 30% short circuit
  • 30% of the pumped hydraulic medium flowing in the first hydraulic line is returned via the second hydraulic line to the suction side of the delivery unit.
  • the steering ratio can be reduced by opening the said steering valve, because then hydraulic medium from that of the two said hydraulic lines, in which a higher pressure level prevails, in the other of the two said hydraulic lines, in which there is a lower pressure level , drain over the said steering valve.
  • the steering ratio or the manual torque can not be adjusted arbitrarily, since the pressure difference between the two said hydraulic lines vice versa to the aforementioned case, so that the hydraulic medium can not be exchanged in the actually desired direction between the two hydraulic lines.
  • Driving dynamics controller independent of the driver adjusts a certain wheel steering angle on the steering system according to the invention, to stabilize the handling of the vehicle, so in the manner described as in a full-by-wire steering system. Actually, any steering angle can be adjusted.
  • the hydraulic delivery unit and the hydraulic adjustment unit may be in the form of various known types, but in each case a displacement of an element of this unit in both a first and in a second opposite direction should be possible to starting from a central position or zero position of both the steering wheel and the steerable wheels to allow each twisting or pivoting in both directions.
  • a hydraulic actuator a hydraulic reversible motor can be used and as hydraulic delivery unit a reversing pump.
  • suitable piston-cylinder units can be used.
  • different fundamentally known types can be used for the steering gear and for the actuator.
  • the actuator may be formed as an electric motor with a downstream transmission, which acts on the steering gear, which has a longitudinally displaceable transmission element, at the two ends of the two steerable wheels associated tie rods are articulated.
  • the steering gear itself may be a substantially conventional rack and pinion steering gear, with which a hydraulic actuator (for the fallback level) is connected in quasi-series in the form of a cylinder-piston unit.
  • the actuator may be designed as an electric motor acting between the steering wheel and the hydraulic delivery unit, as well as one of the exemplary embodiments explained below with reference to schematic representations.
  • a steering wheel to be actuated by the driver of the vehicle bears the reference numeral 1.
  • a rotation angle sensor 3 is integrated, with which the steering angle predetermined by the driver with his steering wheel 1 can be detected.
  • a torque sensor 4 is additionally provided in the steering column 2, with which the predetermined by the driver on the steering wheel 1 steering torque or manual torque can be detected; Of course, such may also be provided in other embodiments.
  • a hydraulic delivery unit 7 is provided in the form of a cylinder-piston unit, the or the piston with a rotational movement of the steering wheel 1 with the interposition of a suitable transmission - in the embodiments of the FIGS. 1, 3 are a spindle drive 21 - depending on the direction of rotation, a hydraulic medium in a so-called steering wheel-side part 8a of a hydraulic circuit 8 is conveyed to one side or the other, ie, into one of the two hydraulic systems indicated by the reference numbers 5, 6. Cables.
  • the steering gear 19 is formed in the manner of a person skilled in the rack-and-pinion, whose both sides extended rack forms the said transmission element 14 of the steering gear 19 and which (s) via an endless traction mechanism 10th can be laterally displaced by an electric motor 9 with downstream ball screw.
  • this electric motor 9 together with the traction mechanism 10 forms a so-called.
  • Actuator for which also the reference numeral 9 is used in the further.
  • This actuator 9 can, with suitable control by an electronic control unit 17, which, inter alia, the signals of the associated with the steering wheel 1 rotation angle sensor 3, which reflect a steering input of the driver considered, the corresponding displacement of the transmission element 19 and thus a desired steering or pivoting movement of the wheels 20 cause. This can be done via the evaluation of a rotor position sensor of the actuator 9 or with the help a position sensor, not shown, the electronic control unit 17, the position of said transmission element 14 of the steering gear 19 are transmitted.
  • the said transmission element 14 is furthermore part of a piston-cylinder unit which functions as a so-called hydraulic setting unit 13, wherein the transmission element 14 forms the piston rod of the piston 13 a of this hydraulic setting unit 13 extended on both sides.
  • the piston 13a On both sides of the piston 13a, one of the two hydraulic lines 5, 6 opens in the interior of the cylinder 13b of this hydraulic setting unit 13.
  • the two hydraulic lines 5, 6 can be connected directly to each other hydraulically.
  • This steering valve 15 is designed as a so-called continuous valve and therefore can either shut off the short-circuit line 23 completely or partially or completely release.
  • the short-circuit valve 15 in a position in which the short-circuit line 23 is fully released, so at a same rotational movement of the steering wheel 1, this is the lower working chamber of the hydraulic in the figure Feed unit 7 displaced hydraulic medium because of the lower resistance via the short-circuit line 23 in the hydraulic line 6 and through this in the lying in Figure 1 above the piston of the hydraulic conveying unit 7 working chamber of the hydraulic conveying unit 7 promoted.
  • the hydraulic medium is circulated by the hydraulic delivery unit exclusively in the above-mentioned steering-wheel-side part 8a of the hydraulic circuit 8 during a rotational movement of the steering wheel 1.
  • the actuator 9 may fail and the vehicle must still remain steerable, the already mentioned fallback level is provided, which is formed by the hydraulic conveying unit 7, the hydraulic circuit 8 with then shut-off short-circuit line 23 and the hydraulic actuator 13.
  • the "regular" steering gear 19 in case of failure of the actuator 9 or other essential elements of the by-wire steering system, so if the "regular" steering gear 19 can not be effective, said steering valve 15 closes the short-circuit line 23 under spring force automatically and it can then this again activated fallback level - as has already been explained above - continues to be steered, ie the steerable wheels 20 can then be pivoted as desired from a twisting motion of the steering wheel 1. In this state, in which the "regular" steering gear 19 can not be effective, the steering gear is practically formed by the hydraulic actuator 13.
  • said steering valve 15 not only the two previously discussed extreme positions, either fully open or fully closed, can take, but with appropriate control, preferably by the electronic control unit 17 can take any intermediate positions, which is why this steering valve 15 as Continuous valve is formed.
  • this steering valve 15 as Continuous valve is formed.
  • control unit 17 takes into account various suitable parameters and boundary conditions, in particular the driver's steering input in the form of a steering wheel rotation angle determined by the aforementioned rotation angle sensor 3 Furthermore, the differential pressure between the two said hydraulic lines 5, 6, which can be determined by means of a differential pressure sensor 25.
  • the steering gear (19) consists of an electromechanical part and a hydraulic part.
  • the electromechanical subcomponents are the electric motor (9), which can move the transmission element (14) in both directions via a belt drive (10) and a ball screw.
  • the hydraulic part consists of the substantially designed as a steering cylinder hydraulic actuator (13), which can also be used for steering the system and a steering valve (15) which can short-circuit the two chambers of the hydraulic actuator (13).
  • the driver is connected to the hydraulic system via a hydraulic conveying unit (7) with spindle drive (21) which acts as the master cylinder.
  • the driver can build up pressure in one of the chambers of the hydraulic setting unit (13) and thus move the steering system. Conversely, when a differential pressure occurs in the chambers of the hydraulic actuator (13), the driver experiences a manual torque on the steering wheel (1).
  • the hydraulic system operates with a closed steering valve (15) as a hydraulic single-circuit steering, however, while no significant portion of the steering energy is transmitted.
  • the driver's given steering angle or steering request is detected by a steering angle sensor (3).
  • the desired steering angle at the wheels (20) is also by means of the actuator (9) via the steering gear (19) set.
  • the driver is connected to the steering gear (19).
  • the steering works basically via an electronic link between driver input detection and adjusting the steering angle of the steerable wheels (20).
  • a steering request of the driver can be implemented with the aid of the actuator (9) and at the same time a manual torque on the steering wheel (1) can be set for the driver with the aid of the hydraulic device.
  • the actuator (9) is to be controlled so that when turning the steering wheel (1) by the driver and adjusting the wheel steering angle through the steering gear (19) a hydraulic differential pressure in the hydraulic lines (5,6) lines builds, translated by the hydraulic conveying unit (7) - leads to a desired steering torque on the steering wheel (1).
  • the continuously adjustable steering valve (15) the fixed allocation between the steering wheel rotation angle and wheel steering angle can be canceled during the steering operation, for example. For a dynamic driving control intervention to stabilize the vehicle.
  • the differential steering angle which sets in doing, grows with the amount of hydraulic medium which flows through the steering valve (15) during the steering operation.
  • the control concept thus provides for the regulation of two variables, namely the wheel steering angle above the steering wheel rotation angle or the steering ratio and the manual torque of the driver.
  • variables are also two sizes available, namely the energization of the Aktautors (9) and the electrical control current of the steering valve (15).
  • the steering gear 19 is formed exclusively by one or the hydraulic actuator 13.
  • this hydraulic circuit 8 which furthermore has a steering wheel-side part 8a already explained with reference to FIG. 1 as well as a steering-gear-side part 8b likewise present in FIG. 1, instead of the steering valve 15 provided in FIG. 1 and designed there as a one-way valve, a multiway valve is provided provided, which is referred to herein as a multi-way steering valve 15 'and in particular is also designed as a continuous valve.
  • a multi-way steering valve 15 ' In addition to the discrete switching positions A, B, C of this multipath steering valve 15 'shown in FIG. 2, any intermediate positions between the switching positions A and B as well as B and C are therefore possible.
  • this multipath steering valve 15 ' is in the switching position A, then "pure" by-wire operation is present In this position, the actuator-side part 8c of the hydraulic circuit 8 is suitably connected to its steering-gear-side part 8b, so that the hydraulic setting unit 13 and thus the steering gear 19 is actuated solely by the actuator 9 in accordance with its control by the electronic control unit 17.
  • this multi-way steering valve 15 'is in the switching position C then the alone hydraulic fallback active, wherein the steering wheel side part 8a of the hydraulic circuit 8 is connected to the steering gear side part 8b, so that the hydraulic actuator 13 and thus the steering gear 19 is actuated solely by the mechanically driven by the steering wheel 1 hydraulic conveying unit 7.
  • both a redundant displacement sensor 16 which transmits the electronic control unit 17, the position of said transmission element of the steering gear 19, as well as an initially mentioned torque sensor 4 on the steering column 2, which the on the steering wheel determined hand torque and tells the electronic control unit 17 for controlling the relevant elements of the steering system.
  • the so-called. Manual torque is first represented by the hydraulic pressure difference in the steering gear 19 and in the hydraulic actuator 13 and it is used to modulate the voltage applied to the hydraulic delivery unit 7 pressure difference, the multi-way steering valve 15 'continuously between the shift position B. and the shift position A shifted.
  • the hydraulic delivery unit 7 is designed or dimensioned such that in the switching position B of the multi-way steering valve 15 'a highest dynamic driving steering torque can be applied. With a transition to the shift position A, this steering torque then decreases steadily.
  • a torque sensor 4 is additionally present in the steering column 2 in addition to the rotational angle sensor 3, no torque sensor is provided in the exemplary embodiment according to FIG. Due to the direct drive between the steering wheel 1 and the hydraulic conveying unit 7 realized there, no unwanted influences between these two elements, such as, for example, frictional influences or the rotational inertia of an intermediate gear, can occur. Thus, instead of a steering torque control (with a then required steering torque sensor for detecting the steering torque) can be transferred to a controller based on the signals of the rotation angle sensor 4.
  • the steering gear 19 is formed exclusively by one or the hydraulic actuator 13.
  • the again formed in the form of electric motor and controlled by the electronic control unit 17 actuator 9 is integrated in this embodiment in the steering column 2 between the steering wheel 1 and the hydraulic conveyor unit 7.
  • the positioning or displacement of the steering gear 19 with respect to a pivoting of the steerable wheels 20 takes place here always and completely under the action of the hydraulic conveying unit 7, wherein the closed steering valve 15 substantially rigid association between the steering wheel rotation angle and the wheel - Steering angle can be canceled by the steering valve 15 is brought into a partially open position, in which case, however, a predetermined by the driver with his steering wheel steering request can still be implemented, but with a different steering ratio than fully closed steering valve 15. This can thus errors in the assignment between the steering wheel rotation angle and the wheel steering angle, which may be due to possible leaks in the hydraulic system and which reveal themselves in a steering wheel tilt corrected.
  • a targeted (already mentioned several times) steering ratio can be adjusted, by appropriate control of trained as a continuous valve steering valve 15 in a partially open position.
  • the size of the hand torque which can be felt by the driver as a consequence of the adjusted steering ratio on his steering wheel 1 can then be adjusted by suitable control of the actuator 9 by providing the driver with a corresponding assisting torque when adjusting his steering request, or if a steering input is required a particular direction is to be obstructed, generates a corresponding counter-moment.
  • the steering system shown in Figure 3 although simple in terms of its structure, but should be supplemented by redundant sub-components, so that possible failures of a single component does not lead to a failure of the entire steering system.
  • the steering system according to Figure 3 further characterized in that the steering torque or manual torque on the steering wheel 1 via the direct connection of the electric motor or actuator 9 can be adjusted to the steering column easier and more accurate than in the in Figures 1, 2, shown Steering systems, wherein it should finally be pointed out that quite a variety of details may deviate from the above explanations, without departing from the content of the claims.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Lenksystem der by-wire-Bauart ohne mechanischem Durchtrieb zwischen einem Lenkrad und einem Lenk- Getriebe, dem ein von einer elektronischen Steuereinheit angesteuerter Aktuator vorgeschaltet ist, mit einer hydraulischen Rückfallebene, die eine an das Lenkrad gekoppelte Hydraulik-Fördereinheit sowie eine an das genannte Lenk-Getriebe gekoppelte Hydraulik-Stelleinheit aufweist, die über zwei Hydraulikleitungen derart miteinander verbindbar sind, dass bei nicht funktionsfähigem Aktuator ein Lenkrad-Drehwinkel über die Hydraulik- Fördereinheit und die Hydraulik-Stelleinheit in einen entsprechenden Rad- Lenkwinkel umgesetzt wird. Die Hydraulikleitungen sind über ein schaltbares Lenkventil verbindbar, welches als Stetigventil ausgebildet ist, dessen Durchflussquerschnitt im wesentlichen stetig zwischen den beiden Extremen „vollständig geschlossen" und „vollständig geöffnet" einstellbar ist. Das Lenkventil wird auch bei funktionsfähigem Aktuator nicht in seiner vollständigen Offenposition, sondern in geschlossener Position gehalten wird oder in eine teilweise Offenposition gebracht, wenn die im wesentlichen starre Zuordnung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad-Lenkwinkel aufgehoben werden soll. Der Aktuator wird zumindest bei vollständig geschlossenem Lenkventil solchermaßen angesteuert, dass sich für den jeweiligen Lenkvorgang am Lenkrad ein gewünschtes für den Fahrer spürbares sog. Handmoment einstellt.

Description

Fahrzeug-Lenksystem der by-wire-Bauart
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Lenksystem der by-wire-Bauart ohne mechanischem Durchtrieb zwischen einem Lenkrad des Fahrers und einem eine vom Fahrer über das Lenkrad vorgegebene Lenkbewegung zumindest eines lenkbaren Fahrzeug-Rades initiierenden Lenk-Getriebe, auf welches ein mit Signalen aus der Lenkrad-Vorgabe von einer elektronischen Steuereinheit angesteuerter Aktuator einwirken kann, mit einer hydraulischen Rückfallebene, die eine an das Lenkrad gekoppelte Hydraulik-Fördereinheit sowie eine an das genannte Lenk-Getriebe gekoppelte oder dasselbe bildende Hydraulik-Stelleinheit aufweist, wobei die Hydraulik-Fördereinheit und die Hydraulik-Stelleinheit über zwei Hydraulikleitungen derart miteinander verbindbar sind, dass bei nicht funktionsfähigem Aktuator ein mit dem Lenkrad vorgegebener Lenkrad-Drehwinkel über die Hydraulik-Fördereinheit und die Hydraulik-Stelleinheit in einen entsprechenden Rad-Lenkwinkel umgesetzt wird, wobei diese beiden genannten Hydraulikleitungen zwischen der Hydraulik-Fördereinheit und der Hydraulik-Stelleinheit über ein schaltbares sog. Lenkventil miteinander verbindbar sind. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 198 01 393 A1 verwiesen.
Die sog. Steer-by-Wire-Systeme, bei denen der vom Fahrer eines Fahrzeugs am Lenkrad oder dergleichen (anstelle eines Lenkrads kann auch ein sog. Sidestick oder anderes als sog. Lenkhandhabe vorgesehen sein - im weiteren wird der Einfachheit halber nur von einem Lenkrad sowie bezüglich einer Betätigung desselben von einem Lenkrad-Drehwinkel gesprochen) eingestellte Lenkwunsch den lenkbaren Fahrzeugrädern nicht auf direktem mechanischen Wege, nämlich wie bei den heute üblichen Fahrzeugen über die sog. Lenksäule bzw. Lenkspindel sowie ein daran gekoppeltes Lenkgetriebe (bspw. ein Zahnstangenlenkgetriebe) übermittelt wird, sondern auf elektrischem oder hydraulischem Weg, sind hinsichtlich der Anordnungsmöglichketten für die Systembestandteile im Fahrzeug vorteilhaft. Vorteilhafterweise kann mit solchen Steer-by-Wire-Systemen auch unabhängig von einer Vorgabe des Fahrers ein Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern eingestellt werden, beispielsweise dahingehend, dass dadurch einem instabilen Fahrzustand entgegen gewirkt wird. Allgemein ausgedrückt besteht bei einem Steer-by-Wire-System kein starrer Zusammenhang zwischen einer am Lenkrad eingestellten Lenk-Vorgabe (= Lenkrad- Drehwinkel) und der aufgrund dieser Lenk-Vorgabe an den lenkbaren Fahrzeug-Rädern ausgeführten Lenkbewegung (= Rad-Lenkwinkel), so dass vorteilhafterweise eine sog. variable Lenkübersetzung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad-Lenkwinkel realisiert sein kann, die beispielsweise auch in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit verändert werden kann.
Da in Steer-by-Wire-Systemen diverse verbaute Sensoren, insbesondere jedoch auch der genannte Aktuator, der angesteuert von Signalen der Lenkradvorgabe die lenkbaren Räder verschwenkt, ausfallen kann bzw. können, ist eine sog. Rückfallebene vorzusehen, welche im Hinblick auf eine erwünschte Bauraum-Flexibilität beispielsweise hydraulisch ausgebildet ist und die im Oberbegriff des Anspruchs 1 hierzu aufgelisteten Merkmale enthalten kann, nämlich eine an das Lenkrad gekoppelte Hydraulik- Fördereinheit sowie eine an das genannte Lenk-Getriebe gekoppelte Hydraulik-Stelleinheit, welche in einer speziellen Ausführungsform selbst das Lenk-Getriebe bilden kann, sowie einen diese beiden Einheiten hydraulisch miteinander verbindenden Hydraulikkreis. Dieser Hydraulikkreis weist zumindest zwei Hydraulikleitungen auf, über welche die Hydraulik- Stelleinheit veranlasst durch die Hydraulik-Fördereinheit die lenkbaren Räder in die eine oder in die andere Richtung zu verschwenken in der Lage ist, weshalb sowohl die Hydraulik-Fördereinheit als auch die Hydraulik- Stelleinheit bspw. ausgehend von einer Mittelstellung oder Nulllage aus zwei einander entgegen gerichtete „Arbeitsrichtungen" aufweisen. Die Hydraulik- Fördereinheit kann jedoch nur dann eine Verschwenkbewegung der lenkbaren Räder über die Hydraulik-Stelleinheit veranlassen, wenn zwischen den beiden Hydraulikleitungen, über welche die Hydraulik-Stelleinheit in die eine oder in die andere Richtung bewegbar ist, kein Kurzschluss besteht. Ein solcher Kurzschluss wird im Stand der Technik über eine sog. Kurzschlussleitung, in der ein einfaches Sperrventil, welches entweder geschlossen oder vollständig geöffnet werden kann, vorgesehen ist, durch Öffnen dieses Sperrventils hergestellt, wenn die hydraulische Rückfallebene nicht wirksam sein soll. In diesem Falle wird bei Betätigung der Hydraulik-Fördereinheit das Hydraulikmedium lediglich von der einen Seite dieser Fördereinheit über die offene Kurzschlussleitung zur anderen Seite dieser Fördereinheit umgewälzt. Hingegen wird oder bleibt dieses Sperrventil, welches im weiteren (sowie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ) als Lenkventil bezeichnet wird bzw. ist, geschlossen, wenn die hydraulische Rückfallebene beispielsweise wegen eines Funktionsfehlers des genannten Aktuators oder von dessen Ansteuerung wirksam sein muss.
Weiterhin weisen die bekannten Steer-by-Wire-Systeme einen sog. Lenkmoment-Simulator auf, mit Hilfe dessen an das Lenkrad ein dem vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoment entgegen gerichtetes Moment angelegt werden kann, um dem Fahrer ein übliches Lenkgefühl und somit quasi einen haptischen Kontakt zur Fahrbahn zu vermitteln. Im Stand der Technik ist dieser Lenkmoment-Simulator durch einen auf das Lenkrad einwirkenden Elektromotor gebildet, der von einer elektronischen Steuereinheit geeignet angesteuert wird, derart, dass sich in Abhängigkeit von verschiedenen zu berücksichtigen Randbedingungen ein sog. Handmoment bzw. sog. Handkräfte am Lenkrad einstellt bzw. einstellen. Ein solcher eigenständiger Lenkmoment-Simulator in Form eines komplex anzusteuernden Elektromotors stellt jedoch einen wünschenswerterweise zu vermeidenden Aufwand dar, weshalb hiermit ein demgegenüber einfacheres Fahrzeug-Lenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden soll, mit welchem gezielt ein für den Fahrer an seinem Lenkrad spürbares Handmoment eingestellt werden kann (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Lenkventil als Stetigventil ausgebildet ist, dessen Durchflussquerschnitt im wesentlichen stetig zwischen den beiden Extremen „vollständig geschlossen" und „vollständig geöffnet" einstellbar ist, und dass dieses Lenkventil auch bei funktionsfähigem Aktuator nicht in seiner vollständigen Offenposition, sondern in geschlossener Position gehalten wird oder in eine teilweise Offenposition gebracht wird, wenn die bei geschlossenem Lenkventil im wesentlichen starre Zuordnung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad-Lenkwinkel aufgehoben werden soll, und dass der Aktuator zumindest bei vollständig geschlossenem Lenkventil solchermaßen angesteuert wird, dass sich für den jeweiligen Lenkvorgang am Lenkrad ein in Abhängigkeit von zumindest einer Randbedingung gewünschtes für den Fahrer spürbares sog. Handmoment einstellt. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Lenksystem ist demnach zwar von der sog. by-wire- Bauart, wird jedoch in den allermeisten regulären Betriebspunkten nicht als by-wire-System in Reinform betrieben, sondern quasi in einer Mischform zwischen einem by-wire-Betrieb und einer aktivierten Rückfallebene. In Abhängigkeit von der Ansteuerung des Lenkventils ist dabei vollständig oder anteilig die hydraulische Rückfallebene zugeschaltet, gleichzeitig sind die Elemente des sog. by-wire-Umfangs aktiv. Parallel nebeneinander arbeitet bei Vorliegen eines Lenkwunsches des Fahrers also die genannte Hydraulik- Fördereinheit und der genannte Aktuator zur Umsetzung dieses Lenkwunsches, wobei der Fahrer durch die Hydraulik-Fördereinheit an seinem Lenkrad ein Handmoment grundsätzlich gestellt bekommt und der Aktuator jedenfalls bei geschlossenem Lenkventil und somit bei vollständig aktivierter Rückfallebene dafür sorgt, dass dieses Handmoment einen gewissen (gewünschten) Betrag annimmt.
Wenn dieses einen Kurzschluss zwischen den genannten beiden Hydraulikleitungen der Rückfallebene ermöglichende oder verhindernde Lenkventil auch bei funktionsfähigem Aktuator in seiner geschlossenen Position gehalten wird, so kann über diese Rückfallebene entsprechend eines vorgegebenen Lenkrad-Drehwinkels ein Rad-Lenkwinkel eingestellt werden, und es kann gleichzeitig durch geeignete Ansteuerung des Aktuators ein gewünschtes Handmoment am Lenkrad eingestellt werden. Letzterer wird dabei solchermaßen angesteuert, dass sich beim Drehen des Lenkrades durch den Fahrer und Einstellen des Rad-Lenkwinkels durch das Lenk- Getriebe ein hydraulischer Differenzdruck in den beiden genannten Hydraulikleitungen aufbaut, der - hervorgerufen aus dem den lenkbaren Rädern bei ihrem Lenkeinschlag entgegen gesetzten Widerstand und übersetzt durch die Hydraulik-Fördereinheit - zu einem gewünschten Handmoment am Lenkrad führt. Letzteres kann von Randbedingungen abhängig sein, so insbesondere von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
Da also die ohnehin vorhandene, da aus Sicherheitsgründen erforderliche hydraulische Rückfallebene zur Erzeugung eines Handmoments am Lenkrad verwendet wird, wird kein aufwändiger eigenständiger Lenkmoment- Simulator benötigt. Dabei ist bei geschlossenem Lenkventil bis auf Abweichungen, die sich durch die Elastizität der hydraulischen Übertragung zwischen der Hydraulik-Fördereinheit und der Hydraulik-Stelleinheit ergeben, eine feste Zuordnung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad- Lenkwinkel gegeben.
Zusätzlich ist es bei einem erfindungsgemäßen Lenksystem möglich, diese soeben genannte feste Zuordnung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad-Lenkwinkel aufzuheben, so dass eine weitere vorteilhafte Eigenschaft eines steer-by-wire-Systems genutzt werden kann, nämlich dass ein von der Vorgabe des Fahrers abweichender Rad-Lenkwinkel eingestellt werden kann, was bekanntlich beispielsweise zur Stabilisierung eines instabilen Fahrzustands genutzt werden kann. Dies wird bei einem erfindungsgemäßen Lenksystem dadurch ermöglicht, dass das genannte Lenkventil, welches selbstverständlich nicht nur als Einweg-Ventil, sondern auch als Mehrwegeventil ausgebildet sein kann, nicht nur diskrete Schaltpositionen in sog. Endstellungen annehmen kann, sondern auch beliebige Zwischenstellungen. Damit handelt es sich bei diesem Lenkventil um ein sog. Stetigventil, welches einen Kurzschluss zwischen zwei Hydraulikleitungen nicht nur entweder zu 100% herstellen kann oder einen solchen Kurzschluss vollständig unterbinden kann - so wie dies bei einem nur zwei diskrete Schaltpositionen ermöglichenden Ventil der Fall ist -, sondern es kann ein solches zwischen den zwei Hydraulikleitungen vorgesehenes Stetigventil auch einen teilweisen Kurzschluss (beispielsweise einen sog. 50%-Kurzschluss) zwischen diesen Hydraulikleitungen herstellen.
Wenn das besagte Lenkventil situationsabhängig in eine teilweise Offenposition gebracht wird, die einen teilweisen Kurzschluss zwischen den beiden Hydraulikleitungen zwischen der Hydraulik-Fördereinheit und der Hydraulik-Stelleinheit herstellt, so wird die starre Zuordnung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad-Lenkwinkel aufgehoben. Bei Einstellung eines solchen teilweisen Kurzschlusses gelangt nur ein Teil des bei einem Lenkvorgang durch den Fahrer mittels der Hydraulik-Fördereinheit geförderten Hydraulikmediums in die Hydraulik-Stelleinheit, während der andere Teil des von der Hydraulik-Fördereinheit in die eine der beiden genannten Hydraulikleitungen geförderten Hydraulikmediums dann über die andere dieser beiden Hydraulikleitungen zur anderen Seite der besagten Fördereinheit zurück gelangt. Mit Einstellung eines solchen teilweisen Kurzschlusses wird also das Lenkrad teilweise vom Lenk-Getriebe entkoppelt, derart, dass ein vom Fahrer vorgegebener Lenkrad-Drehwinkel nur teilweise in einen Rad-Lenkwinkel umgesetzt wird, so dass also die sog. Lenkübersetzung zwischen einer Vorgabe eines Lenkrad-Winkels und dem daraufhin eingestellten Rad-Lenkwinkel verändert wird. Während bei vollständig geschlossenem Lenkventil ein Lenkrad-Drehwinkel von 90° beispielsweise einen Rad-Lenkwinkel von 5° hervorruft, kann bei Einstellung eines 50%-Kurzschlusses durch das besagte Lenkventil, wobei nur die Hälfte der von der Hydraulik-Fördereinheit verdrängten Hydraulikmenge in die Hydraulik-Stelleinheit gelangt, mit einem Lenkrad-Drehwinkel von 90° nur ein Rad-Lenkwinkel von 2,5° erzeugt werden. Entsprechend geringer wird bei Einstellung eines solchen Kurzschlusses zwischen den beiden genannten Hydraulik-Leitungen das von den gelenkten Rädern über die Hydraulik- Stelleinheit und die Hydraulik-Fördereinheit am Lenkrad anliegende Gegenmoment oder Handmoment.
Würde anstelle eines teilweisen Kurzschlusses zwischen den beiden genannten Hydraulikleitungen zwischen diesen ein vollständiger Kurzschluss hergestellt, indem das besagte Lenkventil vollständig geöffnet würde, würde überhaupt kein Hydraulikmedium von der Hydraulik-Fördereinheit in die Hydraulik-Stelleinheit gelangen, so dass vom Lenkrad auf hydraulischem Weg kein Moment in das Lenk-Getriebe eingeleitet werden könnte. Folglich stellte sich dann unter Einwirkung der Hydraulik-Fördereinheit überhaupt kein Rad-Lenkwinkel ein und das für den Fahrer am Lenkrad spürbare Handmoment resultierte ausschließlich aus dem Umwälzen des Hydraulikmediums von einer Seite der Hydraulik-Fördereinheit zur anderen Seite derselben. Wenn ein teilweiser Kurzschluss zwischen den beiden genannten Hydraulik- Leitungen hergestellt ist, so kann jedoch mittels des Aktuators einfach ein gewünschter Rad-Lenkwinkel eingestellt werden, wobei dem Fahrer aus der hieraus resultierenden Verschwenkbewegung der lenkbaren Räder entsprechend dem eingestellten teilweisen Kurzschluss anteilig ein Gegenmoment als Handmoment an seinem Lenkrad übermittelt wird. Es ist also möglich, mittels des Aktuators unter Auswertung der Signale des genannten Drehwinkel-Sensors am Lenkrad einen Rad-Lenkwinkel entsprechend einer geeigneten in einer elektronischen Steuereinheit abgelegten Rechenroutine einzustellen, ohne dass der Fahrer dies offensichtlich an seinem Lenkrad feststellen muss, nachdem die bei geschlossenem Lenkventil vorliegende starre Zuordnung zwischen Lenkrad- Drehwinkel und Rad-Lenkwinkel dann ja aufgehoben ist. Insbesondere ist es damit möglich, Rad-Lenkwinkel einzustellen, die einen möglicherweise instabilen Fahrzustand des Fahrzeugs stabilisieren können. Inwieweit der Fahrer solche von seiner Vorgabe abweichende Einstellungen von Rad- Lenkwinkeln an seinem Lenkrad feststellen kann, hängt insbesondere von der Größe bzw. vom Umfang des jeweils mit dem genannten Lenkventil eingestellten Kurzschlusses ab.
Grundsätzlich kann hiermit nicht nur ein von einer Lenkvorgabe des Fahrers abweichender Rad-Lenkwinkel zur Stabilisierung des Fahrzeug-Fahrzustandes eingestellt werden, sondern es kann hiermit auch die bereits kurz erwähnte Lenkübersetzung zwischen dem Lenkrad bzw. einem mit diesem vorgegebenen Lenkrad-Drehwinkel und dem daraufhin eingestellten Rad- Lenkwinkel verändert werden. Wenn nämlich - wie geschildert - über die erste genannte Hydraulikleitung von der genannten Hydraulik-Fördereinheit gefördertes Hydraulikmedium von der Druckseite dieser Fördereinheit wegströmt, während über die andere Hydraulikleitung dann Hydraulikmedium zu dieser Fördereinheit und dabei quasi zur Saugseite derselben zurück strömen kann, werden im Falle eines sog. 30%-Kurzschlusses definitionsgemäß nur 30% des geförderten, in der ersten Hydraulikleitung strömenden Hydraulikmediums über die zweite Hydraulikleitung zur Saugseite der Fördereinheit zurückgeführt. Im Falle eines solchen sog. 30%- Kurzschlusses werden also 70% der Lenkvorgabe des Fahrers über die hydraulische Rückfallebene umgesetzt, wobei ohne Einsatz des genannten Aktuators der Fahrer das aus dem entsprechenden Rad-Lenkeinschlag resultierende Gegenmoment als Handmoment am Lenkrad verspürt. Dieses Handmoment kann durch geeignete Ansteuerung des Aktuators auf einen gewünschten Wert reduziert werden, indem dieser ein geeignetes Unterstützungsmoment in das Lenkgetriebe einleitet.
Im Falle eines sog. 60%-Kurzschlusses werden nur 40% der Lenkvorgabe des Fahrers über die hydraulische Rückfallebene umgesetzt, wobei ohne Einsatz des genannten Aktuators der Fahrer abermals das aus dem entsprechenden Rad-Lenkeinschlag resultierende Gegenmoment, welches bei sonst unveränderten Randbedingen naturgemäß geringer ist als im Falle eines 30%-Kurzschlusses, als Handmoment am Lenkrad verspürt. Auch dieses Handmoment kann durch geeignete Ansteuerung des Aktuators auf einen noch niedrigeren gewünschten Wert reduziert werden, indem dieser ein geeignetes Unterstützungsmoment in das Lenkgetriebe einleitet.
Im Falle eines sog. 0%-Kurzschlusses werden 100% der Lenkvorgabe des Fahrers über die hydraulische Rückfallebene umgesetzt, wobei ohne Einsatz des genannten Aktuators der Fahrer abermals das aus dem entsprechenden Rad-Lenkeinschlag resultierende Gegenmoment, welches höher ist als in den beiden vorhergehend genannten Fällen, als Handmoment am Lenkrad verspürt. Dieses Handmoment kann wieder durch geeignete Ansteuerung des Aktuators auf einen gewünschten Wert reduziert werden, indem dieser ein geeignetes Unterstützungsmoment in das Lenkgetriebe einleitet. Diese beschriebene Anpassung der Lenkübersetzung bei gleichzeitiger Einstellung des Handmoments über die hydraulische Rückfallebene ist möglich, wenn das vom Fahrer angelegte Lenkmoment oder Handmoment der Lenkrichtung entgegen gerichtet ist, also bspw. beim Parkieren oder beim Anlenken aus der Lenkmitte bei erhöhter Fahrgeschwindigkeit heraus. In diesem Fall kann die Lenkübersetzung durch Öffnen des besagten Lenkventils herabgesetzt werden, denn dann kann Hydraulikmedium aus derjenigen der beiden genannten Hydraulik-Leitungen, in der ein höheres Druckniveau herrscht, in die andere der beiden genannten Hydraulik- Leitungen, in welcher ein niedrigeres Druckniveau herrscht, über das besagte Lenkventil abfließen. Hingegen kann bei gleicher Richtung von Lenkbewegung und Hand- oder Lenkmoment, wie dies bspw. beim Zurücklenken in die Neutrallage unter Einwirkung eines üblichen rückstellenden, die Lenkung zentrierendem Moment der Fall ist, die Lenkübersetzung oder das Handmoment nicht beliebig angepasst werden, da hier die Druckdifferenz zwischen den beiden genannten Hydraulik-Leitungen umgekehrt zum vorher genannten Fall ist, so dass das Hydraulikmedium nicht in der eigentlich gewünschten Richtung zwischen den beiden Hydraulik- Leitungen ausgetauscht werden kann. Ist jedoch die Einstellung eines gewünschten Handmoments von untergeordneter Bedeutung, so insbesondere bei Vornahme fahrdynamischer Eingriffe, bei welchem über das erfindungsgemäße Lenksystem ein sog. Fahrdynamik-Regler unabhängig vom Fahrer einen bestimmten Rad-Lenkwinkel einstellt, um das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu stabilisieren, so kann auf die beschriebene Weise wie bei einem vollwertigen by-wire-Lenksystem.tatsächlich ein beliebiger Lenkwinkel eingestellt werden.
Diese vorgenannten drei Beispielfälle verdeutlichen also, dass an einem erfindungsgemäßen Fahrzeug-Lenksystem durch Einstellung eines beliebigen sog. „Kurzschluss-Anteils" über das als Stetigventil ausgebildete Lenkventil die Lenkübersetzung zwischen dem Lenkrad und den zugehöri- gen lenkbaren Rädern zumindest in bestimmten Fahrsituationen eingestellt werden kann und dass gleichzeitig ein gewünschtes Handmoment durch geeignete Ansteuerung des Aktuators am Lenkrad eingestellt werden kann, ohne dass hierfür ein eigenständiger Lenkmoment-Simulator benötigt wird. Darüber hinaus kann in extremen Fahrsitυationen der Lenkwinkel und damit die Lenkübersetzung frei überlagert bzw. eingestellt werden, wenn das Handmoment nicht definiert eingestellt werden muss, so bspw. bei sehr schnellen fahrdynamischen Eingriffen der Lenkung. Somit liegt ein äußerst einfaches by-wire-Lenksystem vor, da dessen erforderliche und folglich bereits vorhandene Rückfallebene im Zusammenwirken mit dem geeignet angesteuerten Aktuator den Lenkmoment-Simulator bildet. Diese geeignete Ansteuerung des besagten Aktuators übernimmt vorzugsweise eine elektronische Steuereinheit, welcher hierfür geeignete Eingangsgrößen zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise - gemäß Anspruch 4 - auch der Differenzdruck zwischen den beiden genannten Hydraulikleitungen zwischen der genannten Hydraulik-Fördereinheit und der genannten Hydraulik- Stelleinheit, wobei dieser Differenzdruck auch bei der Ansteuerung des Kurzschluss-Ventils geeignete Berücksichtigung finden kann.
Die Hydraulik-Fördereinheit und die Hydraulik-Stelleinheit können in Form verschiedener bekannter Bauarten ausgebildet sein, wobei jedoch jeweils eine Verlagerung eines Elements dieser Einheit sowohl in die eine erste als auch in eine zweite hierzu entgegen gesetzte Richtung möglich sein sollte, um ausgehend von einer Mittelposition oder Nulllage sowohl des Lenkrads als auch der lenkbaren Räder jeweils ein Verdrehen oder Verschwenken in beide Richtungen zu ermöglichen. Beispielsweise kann also solche Hydraulik-Stelleinheit ein hydraulischer Reversiermotor zum Einsatz kommen und als Hydraulik-Fördereinheit eine Reversierpumpe. Alternativ können geeignete Kolben-Zylinder-Einheiten zum Einsatz kommen. Ebenso können für das Lenk-Getriebe sowie für den Aktuator verschiedene grundsätzlich bekannte Bauarten zum Einsatz kommen. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform kann der Aktuator als Elektromotor mit nachgeschaltetem Getriebe ausgebildet sein, das auf das Lenk-Getriebe einwirkt, welches ein längs verlagerbares Getriebeelement aufweist, an dessen beiden Enden den beiden lenkbaren Rädern zugeordnete Spurstangen angelenkt sind. Dabei kann das Lenk-Getriebe selbst ein im wesentlichen übliches Zahnstangen-Lenkgetriebe sein, mit dem eine Hydraulik-Stelleinheit (für die Rückfallebene) in Form einer Zylinder-Kolben- Einheit quasi in Reihe geschaltet ist. In einer möglichen alternativen Ausführungsform kann der Aktuator als ein zwischen dem Lenkrad und der Hydraulik-Fördereinheit wirkender Elektromotor ausgebildet sein, wie auch eines der im weiteren anhand von Prinzipdarstellungen erläuterten Ausführungsbeispiele zeigt.
In den beigefügten und im weiteren erläuterten Prinzipdarstellungen (Figuren 1, 2, 3) dreier möglicher Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind gleiche bzw. vergleichbare Elemente jeweils mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
So trägt ein vom Fahrer des Fahrzeugs zu betätigendes Lenkrad die Bezugsziffer 1. In die mit diesem verdrehfest verbundene Lenksäule 2 ist ein Drehwinkelsensor 3 integriert, mit dem der vom Fahrer mit seinem Lenkrad 1 vorgegebene Lenkwinkel erfasst werden kann. Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 ist in der Lenksäule 2 zusätzlich ein Drehmomentsensor 4 vorgesehen, mit dem das vom Fahrer am Lenkrad 1 vorgegebene Lenkmoment bzw. Handmoment erfasst werden kann; selbstverständlich kann ein solcher aber auch in anderen Ausführungsvarianten vorgesehen sein. In sämtlichen Ausführungsbeispielen ist am dem Lenkrad 1 gegenüberliegenden Ende der Lenksäule 2 eine Hydraulik-Fördereinheit 7 in Form einer Zylinder-Kolben-Einheit vorgesehen, die bzw. deren Kolben mit einer Drehbewegung des Lenkrads 1 unter Zwischenschaltung eines geeigneten Getriebes - bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 , 3 handelt es sich hierbei um einen Spindeltrieb 21 - je nach Drehrichtung ein Hydraulikmedium in einem sog. lenkradseitigen Teil 8a eines Hydraulikkreises 8 nach der einen oder anderen Seite fördert, d.h. in eine der beiden mit den Bezugsziffern 5, 6 gekennzeichnete Hydraulik-Leitungen. Die beiden lenkbaren Räder 20 (= Vorderräder) des zweispurigen Fahrzeugs sind in grundsätzlich bekannter Weise über Spurhebel und Spurstangen 18 verschwenkbar und somit lenkbar, wobei diese Spurstangen 18 an die beiden Enden eines quer zur Fahrzeuglängsrichtung verlagerbaren Getriebeelements 14 in Form einer Stange eines Lenk-Getriebes 19 angelenkt sind.
Beim im weiteren zunächst erläuterten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist das Lenk-Getriebe 19 nach Art eines dem Fachmann bekannten Zahnstangen-Lenkgetriebes ausgebildet, dessen beidseitig verlängerte Zahnstange das genannte Getriebeelement 14 des Lenk-Getriebes 19 bildet und welche(s) über ein endloses Zugmittelgetriebe 10 mit nachgeschaltetem Kugelgewindetrieb von einem Elektromotor 9 seitlich verlagert werden kann. Dabei bildet dieser Elektromotor 9 zusammen mit dem Zugmittelgetriebe 10 einen sog. Aktuator, für welchen im weiteren ebenfalls die Bezugsziffer 9 verwendet wird. Dieser Aktuator 9 kann mit geeigneter Ansteuerung durch eine elektronische Steuereinheit 17, welche unter anderem die Signale des mit dem Lenkrad 1 verbundenen Drehwinkelsensors 3, welche eine Lenkvorgabe des Fahrers wiedergeben, berücksichtigt, die entsprechende Verlagerung des Getriebeelements 19 und somit eine gewünschte Lenkoder Verschwenkbewegung der Räder 20 hervorrufen. Hierbei kann über die Auswertung eines Rotorpositions-Sensors des Aktuators 9 oder mit Hilfe eines nicht gezeigten Wegsensors der elektronischen Steuereinheit 17 die Position des genannten Getriebeelements 14 des Lenk-Getriebes 19 übermittelt werden.
Wie Fig.1 zeigt, ist das besagte Getriebeelement 14 weiterhin Bestandteil einer Kolben-Zylinder-Einheit, die als sog. Hydraulik-Stelleinheit 13 fungiert, wobei das Getriebeelement 14 die beidseitig verlängerte Kolbenstange des Kolbens 13a dieser Hydraulik-Stelleinheit 13 bildet. Beidseitig des Kolbens 13a mündet im Innenraum des Zylinders 13b dieser Hydraulik-Stelleinheit 13 jeweils eine der beiden genannten Hydraulikleitungen 5, 6.
Über eine sog. Kurzschluss-Leitung 23, in welcher ein sog. Lenkventil 15 vorgesehen ist, können die beiden Hydraulik-Leitungen 5, 6 direkt hydraulisch miteinander verbunden werden. Dieses Lenkventil 15 ist als sog Stetigventil ausgebildet und kann daher die Kurzschluss-Leitung 23 entweder vollständig absperren oder teilweise oder vollständig freigeben.
Nimmt das Lenkventil 15 die in Fig.1 dargestellte Position ein, so ist die Kurzschluss-Leitung 23 vollständig abgesperrt und es gelangt ein Hydraulikmedium, welches beispielsweise in der Hydraulikleitung 5 von der Hydraulik- Fördereinheit 7 in Richtung der Hydraulik-Stelleinheit 13 verdrängt wird, vollständig in den Zylinder 13b dieser Hydraulik-Stelleinheit 13, und zwar in der Figurendarstellung linksseitig von deren Kolben 13a. Wird also durch Verdrehen des Lenkrads 1 der Kolben der Hydraulik-Fördereinheit 7 in der Figurendarstellung nach unten bewegt, so bewirkt das hierdurch aus der unterhalb des besagten Kolbens liegenden Arbeitskammer der Hydraulik- Fördereinheit 7 in die Hydraulikleitung 5 verdrängte Hydraulikmedium über die Hydraulik-Stelleinheit 13 ein Verschwenken der der Räder 20 im durch den Pfeil 24 dargestellten Sinn, wobei ein bestimmter Lenkrad-Drehwinkel am Lenkrad 1 einem bestimmten Rad-Lenkwinkel entspricht. Dabei wird aus der in der Figur 1 rechtsseitig des Kolbens 13a liegenden Kammer des Zylinders 13b Hydraulikmedium über die Hydraulikleitung 6 in die Hydraulik- Fördereinheit 7 (zurück) verdrängt, und zwar in die in der Figur 1 oberhalb von deren Kolben liegende Arbeitskammer.
Befindet sich abweichend von der Figurendarstellung und der vorhergehenden Schilderung das Kurzschluss-Ventil 15 in einer Position, in der die Kurzschluss-Leitung 23 vollständig freigegeben ist, so wird bei einer gleichen Verdrehbewegung des Lenkrads 1 das hierdurch aus der in der Figur unteren Arbeitskammer der Hydraulik-Fördereinheit 7 verdrängte Hydraulikmedium wegen des geringeren Widerstands über die Kurzschluss-Leitung 23 in die Hydraulik-Leitung 6 und durch diese in die in der Figur 1 oberhalb des Kolbens der Hydraulik-Fördereinheit 7 liegende Arbeitskammer der Hydraulik-Fördereinheit 7 gefördert. In dieser Schalt-Position des Kurz- schluss- Ventils 15 wird also bei einer Verdrehbewegung des Lenkrads 1 das Hydraulikmedium von der Hydraulik-Fördereinheit ausschließlich im weiter oben genannten lenkradseitigen Teil 8a des Hydraulikkreises 8 umgewälzt.
Dieser zuletzt erläuterte Zustand stellt den üblichen Betriebszustand bekannter by-wire-Lenksysteme mit hydraulischer Rückfallebene dar. Bei voller Funktionsfähigkeit eines üblichen by-wire-Lenksystems (gemäß dem bisherigen Stand der Technik) ist die sog. hydraulische Rückfallebene - hierauf wird im folgenden Absatz kurz eingegangen - nicht aktiv und es werden die lenkbaren Räder 20 aufgrund einer Verdrehbewegung des Lenkrads 1 wie weiter oben geschildert alleine durch den Aktuator 9 im Zusammenwirken mit dem Lenkgetriebe 19 verschwenkt. Dabei wird das durch eine Verlagerung des Kolbens 13a der Hydraulik-Stelleinheit 13 verdrängte Hydraulikmedium über einen sog. lenkgetriebeseitigen Teil 8b des unter anderem die Hydraulik-Leitungen 5, 6 sowie die dann offene Kurzschluss-Leitung 13 aufweisenden Hydraulikkreises 8 umgewälzt. Da jedoch beispielsweise der Aktuator 9 ausfallen kann und das Fahrzeug dennoch lenkbar bleiben muss, ist die bereits genannte Rückfallebene vorgesehen, die durch die Hydraulik-Fördereinheit 7, den Hydraulikkreis 8 mit dann abgesperrter Kurzschluss-Leitung 23 sowie die Hydraulik- Stelleinheit 13 gebildet ist. Bei Ausfall des Aktuators 9 oder anderer wesentlicher Elemente des by-wire-Lenksystems, wenn also das „reguläre" Lenk-Getriebe 19 nicht wirksam sein kann, sperrt das genannte Lenkventil 15 die Kurzschluss-Leitung 23 unter Federkrafteinfluss selbsttätig ab und es kann dann über diese hiermit aktivierte Rückfallebene - wie weiter oben bereits erläutert wurde - weiterhin gelenkt werden, d.h. es können dann aus einer Verdrehbewegung des Lenkrads 1 heraus die lenkbaren Räder 20 wie gewünscht verschwenkt werden. In diesem Zustand, in welchem das „reguläre" Lenk-Getriebe 19 nicht wirksam sein kann, wird das Lenkgetriebe praktisch durch die Hydraulik-Stelleinheit 13 gebildet.
Vorliegend ist nun vorgesehen, dass das genannte Lenkventil 15 nicht nur die beiden bislang erläuterten Extrempositionen, nämlich entweder vollständig offen oder vollständig geschlossen, einnehmen kann, sondern mit geeigneter Ansteuerung vorzugsweise durch die elektronische Steuereinheit 17 auch beliebige Zwischenpositionen einnehmen kann, weshalb dieses Lenkventil 15 als Stetigventil ausgebildet ist. Wie vor der Beschreibung der Ausführungsbeispiele ausführlich erläutert wurde, kann dann mittels des Aktuators 9 ein von der Vorgabe des Fahrers abweichender Rad-Lenkwinkel eingestellt werden. Zusätzlich ist es - wie ebenfalls bereits ausführlich geschildert wurde - möglich, durch geeignete Ansteuerung des Lenkventils 15 die sog. Lenkübersetzung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad-Lenkwinkel zu verändern. Bei der entsprechenden Ansteuerung sowohl des Aktuators 9 als auch des Lenkventils 15 berücksichtigt die Steuereinheit 17 dabei verschiedene geeignete Messgrößen und Randbedingen, so insbesondere die Lenkvorgabe des Fahrers in Form eines mit dem bereits genannten Drehwinkelsensor 3 ermittelten Lenkrad-Drehwinkels und weiterhin den Differenzdruck zwischen den beiden genannten Hydraulikleitungen 5, 6, der mittels eines Differenzdrucksensors 25 bestimmt werden kann.
Mit dem soweit erläuterten Lenksystem ist eine Fahrzeuglenkung mit hydraulischer Kraftübertragung vorgeschlagen, die (in anderen Worten ausgedrückt) insbesondere folgende Merkmale aufweist: Das Lenkgetriebe (19) besteht aus einem elektromechanischen Teil und einem hydraulischen Teil. Die elektromechanischen Teilkomponenten sind der Elektromotor (9), der über einen Riementrieb (10) und einen Kugelgewindetrieb das Getriebeelement (14) in beide Richtungen bewegen kann. Der hydraulische Teil besteht aus der im wesentlichen als Lenkzylinder ausgebildeten Hydraulik-Stelleinheit (13), der ebenfalls zum Lenken des Systems verwendet werden kann und einem Lenkventil (15), das die beiden Kammern der Hydraulik-Stelleinheit (13) kurzschließen kann. Der Fahrer ist über eine als Geberzylinder fungierende Hydraulik-Fördereinheit (7) mit Spindeltrieb (21 )mit dem hydraulischen System verbunden. Über die Drehbewegung am Lenkrad (1 ) kann der Fahrer bei geschlossenem Kurzschluss- Ventil (15) Druck in einer der Kammern der Hydraulik- Stelleinheit (13) aufbauen und so das Lenksystem bewegen. Umgekehrt erfährt der Fahrer beim Auftreten eines Differenzdrucks in den Kammern der Hydraulik-Stelleinheit (13) ein Handmoment am Lenkrad (1 ). Das hydraulische System arbeitet bei geschlossenem Lenkventil (15) wie eine hydraulische Einkreislenkung, jedoch wird dabei kein wesentlicher Anteil der Lenkenergie übertragen.
Die Funktion dieses Lenksystems lässt sich (in anderen Worten ausgedrückt) nochmals wie folgt beschreiben:
Der vom Fahrer aufgegebene Lenkwinkel bzw. Lenkwunsch wird mit einem Lenk-Drehwinkelsensor (3) erfasst. Der gewünschte Lenkwinkel an den Rädern (20) wird auch mit Hilfe des Aktuators (9) über das Lenkgetriebe (19) eingestellt. Über das Hydrauliksystem, bestehend aus der Hydraulik- Fördereinheit (7), dem Hydraulikkreis (8) mit dem Lenkventil (15) und der Hydraulik-Stelleinheit (13) ist der Fahrer mit dem Lenkgetriebe (19) verbunden. Diese Verbindung kann mit Hilfe des Lenkventils (15) stetig aufgehoben werden, derart, dass dieses Lenkventil (15) öffnet und die hydraulische Einkreislenkung mehr oder weniger kurzschließt, so dass eine hydraulische Kraftübertragung von der Hydraulik-Fördereinheit (7) (= Geberzylinder) und der Hydraulik-Stelleinheit (13) (= Lenkzylinder) nurmehr teilweise möglich ist. Die Lenkung arbeitet grundsätzlich über eine elektronische Verknüpfung zwischen Fahrerwunscherfassung und Einstellen des Lenkwinkels an den lenkbaren Rädern (20). Ist das Lenkventil (15) geschlossen, so kann mit Hilfe des Aktuators (9) ein Lenkwunsch des Fahrers umgesetzt werden und gleichzeitig dem Fahrer mit Hilfe der hydraulischen Vorrichtung ein Handmoment am Lenkrad (1) eingestellt werden. Hierzu ist der Aktuator (9) so anzusteuern, dass sich beim Drehen des Lenkrades (1) durch den Fahrer und Einstellen des Rad-Lenkwinkels durch das Lenkgetriebe (19) ein hydraulischer Differenzdruck in den Hydraulikleitungen (5,6) Leitungen aufbaut, der - übersetzt durch die Hydraulik-Fördereinheit (7) - zu einem gewünschten Lenkmoment am Lenkrad (1) führt. Mit Hilfe des stetig verstellbaren Lenkventils (15) kann während des Lenkvorgangs die feste Zuordnung zwischen Lenkrad- Drehwinkel und Rad-Lenkwinkel aufgehoben werden, bspw. für einen fahrdynamischen Regeleingriff zur Stabilisierung des Fahrzeugs. Der Differenz-Lenkwinkel, der sich dabei einstellt, wächst dabei mit der Menge von Hydraulikmedium, welches beim Lenkvorgang durch das Lenkventil (15) fließt. Das Regelungskonzept sieht somit die Regelung zweier Größen, nämlich des Rad-Lenkwinkels über dem Lenkrad-Drehwinkel bzw. der Lenkübersetzung und des Handmoments des Fahrers vor. Als Stellgrößen stehen ebenfalls zwei Größen zur Verfügung, nämlich die Bestromung des Aktautors (9) sowie der elektrische Steuerstrom des Lenkventils (15). Mit dem soweit vorgeschlagenen System kann auf sehr einfachem Wege die Koppelung zwischen Lenkrad-Drehwinkel und Rad-Lenkwinkel insbesondere für einen fahrdynamischen Eingriff aufgehoben werden. Beim Ausfall des Aktuators (9) am Lenkgetriebe (19) kann die hydraulische Einkreislenkung zum manuellen Lenken verwendet werden.
Beim im weiteren erläuterten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist das Lenk- Getriebe 19 ausschließlich durch eine bzw. die Hydraulik-Stelleinheit 13 gebildet. Der Aktuator 9, welcher bei „reinem" by-wire-Betrieb, also bei vollständig deaktivierter Rückfallebene wirkt, ist hier durch eine von einem Elektromotor 9 angetriebene hydraulische Reversierpumpe 10' gebildet, die in einen sog. aktuatorseitigen Teil 8c des Hydraulikkreises 8 eingebunden ist.
In diesem Hydraulikkreis 8, der weiterhin einen bereits anhand von Fig.1 erläuterten lenkradseitigen Teil 8a sowie einen ebenfalls bei Fig.1 vorhandenen lenkgetriebeseitigen Teil 8b aufweist, ist anstelle des bei Fig.1 vorgesehenen und dort als Einweg-Ventil ausgebildeten Lenkventils 15 ein Mehrwegeventil vorgesehen, welches vorliegend als Mehrwege-Lenkventil 15' bezeichnet wird und insbesondere ebenfalls als Stetigventil ausgebildet ist. Neben den diskreten in Figur 2 dargestellten Schaltpositionen A, B, C dieses Mehrwege-Lenkventils 15' sind also auch beliebige Zwischenpositionen zwischen den Schaltpositionen A und B sowie B und C möglich.
Befindet sich dieses Mehrwege-Lenkventil 15' in der Schaltposition A, so liegt „reiner" by-wire-Betrieb vor. In dieser Position ist der aktuatorseitige Teil 8c des Hydraulikkreises 8 mit dessen lenkgetriebeseitigem Teil 8b geeignet verbunden, so dass die Hydraulik-Stelleinheit 13 und somit das Lenk- Getriebe 19 alleine durch den Aktuator 9 entsprechend dessen Ansteuerung durch die elektronische Steuereinheit 17 betätigt wird. Befindet sich dieses Mehrwege-Lenkventil 15' hingegen in der Schaltposition C, so ist alleine die hydraulische Rückfallebene aktiv, wobei der lenkradseitige Teil 8a des Hydraulikkreises 8 mit dessen lenkgetriebeseitigem Teil 8b verbunden ist, so dass die Hydraulik-Stelleinheit 13 und somit das Lenk-Getriebe 19 alleine durch die mechanisch vom Lenkrad 1 angetriebene Hydraulik-Fördereinheit 7 betätigt wird. Befindet sich hingegen das Mehrwege-Lenkventil 15' in der Schaltposition B, so sind sämtliche Teile 8a, 8b, 8c des Hydraulikkreises 8 über einen Kurzschluss miteinander verbunden. Diese Schaltposition B des Mehrwege-Lenkventils 15' entspricht somit der vollständigen Offenposition des Lenkventils 15 nach Figur 1 oder Figur 3. Je nach dem welche Position letztlich zwischen den Extrempositionen A und C das Mehrwege-Lenkventil 15' einnimmt, stellt sich - analog dem bereits erläuterten Ausführungsbeispiel nach Fig.1 - eine gewisse gewünschte Lenkübersetzung zwischen einem Lenkrad-Drehwinkel und dem hierauf ausgeführten Rad-Lenkwinkel ein. Dabei wird abermals die Größe des für den Fahrer am Lenkrad 1 spürbaren sog. Handmoments durch die Ansteuerung des Elektromotors 9 und somit hier durch die Förderleistung der Reversierpumpe 10' bestimmt.
Im übrigen ist in dieser Figur 2 sowohl ein redundant vorhandener Wegsensor 16 dargestellt, welcher der elektronischen Steuereinheit 17 die Position des genannten Getriebeelements des Lenk-Getriebes 19 übermittelt, als auch ein eingangs bereits erwähnter Drehmomentsensor 4 an der Lenksäule 2, welcher das am Lenkrad 1 anliegende Handmoment ermittelt und der elektronischen Steuereinheit 17 zur Ansteuerung der relevante Elemente des Lenksystems mitteilt. Dabei wird das sog. Handmoment zunächst durch die hydraulische Druckdifferenz im Lenk- Getriebe 19 bzw. in der Hydraulik-Stelleinheit 13 repräsentiert und es wird zur Modulation der an der Hydraulik-Fördereinheit 7 anliegenden Druckdifferenz das Mehrwege-Lenkventil 15' stetig zwischen der Schaltposition B und der Schaltposition A verschoben. Dabei ist die Hydraulik-Fördereinheit 7 derart ausgelegt bzw. dimensioniert, dass in der Schaltposition B des Mehrwege-Lenkventils 15' ein höchstes fahrdynamisches Lenkmoment aufgebracht werden kann. Mit einem Übergang in die Schaltposition A nimmt dieses Lenkmoment dann stetig ab.
Während im übrigen beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 sowie dem im weiteren erläuterten Ausführungsbeispiel nach Fig.3 in der Lenksäule 2 neben dem Drehwinkelsensor 3 zusätzlich ein Drehmomentsensor 4 vorhanden ist, ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kein Drehmomentsensor vorgesehen. Aufgrund des dort realisierten Direktantriebs zwischen dem Lenkrad 1 und der Hydraulik-Fördereinheit 7 können keine unerwünschte Einflüsse zwischen diesen beiden Elementen, wie bspw. Reibungseinflüsse oder die Rotationsträgheit eines Zwischengetriebes, auftreten. Somit kann hier anstelle einer Lenkmomentregelung (mit einem dann erforderlichen Lenkmomentsensor zur Erfassung des Lenkmoments) auf eine Steuerung anhand der Signale des Drehwinkelsensors 4 übergegangen werden.
Auch beim im weiteren erläuterten Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist das Lenk-Getriebe 19 ausschließlich durch eine bzw. die Hydraulik-Stelleinheit 13 gebildet. Der abermals in Form Elektromotors ausgebildete und von der elektronischen Steuereinheit 17 angesteuerte Aktuator 9 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in der Lenksäule 2 zwischen dem Lenkrad 1 und der Hydraulik-Fördereinheit 7 integriert. Die Positionierung bzw. Verlagerung des Lenk-Getriebes 19 im Hinblick auf ein Verschwenken der lenkbaren Räder 20 erfolgt hier stets und vollständig unter Einwirkung der Hydraulik- Fördereinheit 7, wobei die bei geschlossenem Lenkventil 15 im wesentlichen starre Zuordnung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad- Lenkwinkel aufgehoben werden kann, indem das Lenkventil 15 in eine teilweise Offenposition gebracht wird, wobei dann jedoch weiterhin ein vom Fahrer mit seinem Lenkrad vorgegebener Lenkwunsch umgesetzt werden kann, jedoch mit einer anderer Lenkübersetzung als bei vollständig geschlossenem Lenkventil 15. Hiermit können also Fehler in der Zuordnung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad-Lenkwinkel, die sich durch mögliche Leckagen im hydraulischen System ergeben können und die sich in einem Lenkradschiefstand offenbaren, korrigiert werden.
Im übrigen kann auch eine gezielte (bereits mehrfach genannte) Lenkübersetzung eingestellt werden, und zwar durch entsprechende Ansteuerung des als Stetigventil ausgebildeten Lenkventils 15 in eine teilweise Offenposition. Die Größe des für den Fahrer als Folge der eingestellten Lenkübersetzung an seinem Lenkrad 1 spürbaren Handmoments kann dann durch geeignete Ansteuerung des Aktuators 9 eingestellt werden, indem dieser dem Fahrer bei der Einstellung seines Lenkwunsches ein entsprechendes Unterstützungsmoment zur Verfügung stellt, oder, falls eine Lenkvorgabe in eine bestimmte Richtung behindert werden soll, ein entsprechendes Gegenmoment erzeugt.
Grundsätzlich ist das in Fig.3 dargestellte Lenksystem zwar einfach hinsichtlich seines Aufbaus, sollte jedoch um redundante Teilkomponenten ergänzt werden, so dass mögliche Ausfälle einer einzelnen Komponente nicht zu einer Ausfall des gesamten Lenksystems führen. Vorteilhaft ist das Lenksystem nach Fig.3 weiterhin dadurch, dass das Lenkmoment bzw. Handmoment am Lenkrad 1 über die direkte Anbindung des Elektromotors bzw. Aktuators 9 an der Lenksäule einfacher und genauer eingestellt werden kann als bei den in den Figuren 1 , 2, gezeigten Lenksystemen, wobei abschließend noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug-Lenksystem der by-wire-Bauart ohne mechanischem Durchtrieb zwischen einem Lenkrad (1 ) (allgemein: einer Lenkhandhabe) des Fahrers und einem eine vom Fahrer über das Lenkrad (1 ) vorgegebene Lenkbewegung zumindest eines lenkbaren Fahrzeug- Rades (20) initiierenden Lenk-Getriebe (19), dem ein mit Signalen aus der Lenkrad-Vorgabe von einer elektronischen Steuereinheit (17) angesteuerter Aktuator (9, 10, 10') direkt oder indirekt vorgeschaltet ist, mit einer hydraulischen Rückfallebene, die eine an das Lenkrad (1) gekoppelte Hydraulik-Fördereinheit (7) sowie eine an das genannte Lenk-Getriebe (19) gekoppelte oder dasselbe bildende Hydraulik- Stelleinheit (13) aufweist, wobei die Hydraulik-Fördereinheit (7) und die Hydraulik-Stelleinheit (13) über zwei Hydraulikleitungen (5, 6) derart miteinander verbindbar sind, dass bei nicht funktionsfähigem Aktuator (9, 10, 10') ein mit dem Lenkrad (1 ) vorgegebener Lenkrad- Drehwinkel über die Hydraulik-Fördereinheit (7) und die Hydraulik- Stelleinheit (13) in einen entsprechenden Rad-Lenkwinkel umgesetzt wird, wobei diese beiden genannten Hydraulikleitungen (5, 6) zwischen der Hydraulik-Fördereinheit (7) und der Hydraulik-Stelleinheit (13) über ein schaltbares sog. Lenkventil (15, 15') miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Lenkventil (15, 15') als Stetigventil ausgebildet ist, dessen Durchflussquerschnitt im wesentlichen stetig zwischen den beiden Extremen „vollständig geschlossen" und „vollständig geöffnet" einstellbar ist, und dass dieses Lenkventil auch bei funktionsfähigem Aktuator (9) nicht in seiner vollständigen Offenposition, sondern in geschlossener Position gehalten wird oder in eine teilweise Offenposition gebracht wird, wenn die bei geschlossenem Lenkventil (15, 15') im wesentlichen starre Zuordnung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad-Lenkwinkel aufgehoben werden soll, und dass der Aktuator (9) zumindest bei vollständig geschlossenem Lenkventil (15, 15') solchermaßen angesteuert wird, dass sich für den jeweiligen Lenkvorgang am Lenkrad (1 ) ein in Abhängigkeit von Randbedingungen gewünschtes für den Fahrer spürbares sog. Handmoment einstellt.
2. Fahrzeug-Lenksystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die bei geschlossenem Lenkventil (15, 15') im wesentlichen starre Zuordnung zwischen dem Lenkrad-Drehwinkel und dem Rad- Lenkwinkel aufgehoben wird, um entweder eine andere Lenkübersetzung einzustellen oder einen fahrdynamischen Eingriff zur Stabilisierung des Fahrzeugs durch den Aktuator (9) zu ermöglichen.
3. Fahrzeug-Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (9) unter Berücksichtigung dieser Ansteuerung des Lenkventils (15, 15') angesteuert wird.
4. Fahrzeug-Lenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruck zwischen den beiden genannten Hydraulikleitungen (5, 6) gemessen und von der elektronischen Steuereinheit (17) bei der Ansteuerung des Lenkventils (15, 15') und/oder des Aktuators (9) mit berücksichtigt wird.
5. Fahrzeug-Lenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulik-Fördereinheit (7) als Kolben-Zylinder-Einheit mit einem über einen Spindeltrieb (21 ) mittels des Lenkrads (1 ) verlagerbaren Kolben ausgebildet ist.
6. Fahrzeug-Lenksystem für ein zweispuriges Fahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ak- tuator (9) als Elektromotor mit nachgeschaltetem Getriebe (10) ausgebildet ist, das auf das Lenk-Getriebe (19, 13) einwirkt, welches ein längs verlagerbares Getriebeelement (14) aufweist, an dessen beiden freien Enden den beiden lenkbaren Rädern (20) zugeordnete Spurstangen (18) angelenkt sind.
7. Fahrzeug-Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (9) als ein zwischen dem Lenkrad (1 ) und der Hydraulik-Fördereinheit (7) wirkender Elektromotor ausgebildet ist.
8. Fahrzeug-Lenksystem für ein zweispuriges Fahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulik-Stelleinheit (13) als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist, wobei die Kolbenstange des Kolbens (13a) ein Getriebeelement (14) bildet, an dessen beiden freien Enden den beiden lenkbaren Rädern (20) zugeordnete Spurstangen (18) angelenkt sind.
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