WO2015055363A1 - Lenkwinkelvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2015055363A1
WO2015055363A1 PCT/EP2014/069646 EP2014069646W WO2015055363A1 WO 2015055363 A1 WO2015055363 A1 WO 2015055363A1 EP 2014069646 W EP2014069646 W EP 2014069646W WO 2015055363 A1 WO2015055363 A1 WO 2015055363A1
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WO
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steering
steering angle
steering system
vehicle
wheel
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/069646
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Wolf
Harald Naunheimer
Hans-Jörg DOMIAN
Detlef Baasch
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Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
    • B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
    • B62D7/159—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by computing methods or stabilisation processes or systems, e.g. responding to yaw rate, lateral wind, load, road condition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0418—Electric motor acting on road wheel carriers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/002—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits computing target steering angles for front or rear wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
    • B62D7/146—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by comprising means for steering by acting on the suspension system, e.g. on the mountings of the suspension arms

Definitions

  • the invention relates to a steering angle device for a motor vehicle, and to a motor vehicle having such a steering angle device and to a method for adjusting a steering angle on two wheels of at least one vehicle axle of a motor vehicle.
  • overlay steering systems for example, from
  • DE 10 2008 043 913 A1 discloses that can set a steering angle independently of the driver's specification. From DE 101 59 700 A1 a superposition steering by two steering rods arranged one inside the other is known, which can be operated independently. From DE 60 2005 005 761 T2, in turn, a so-called steer-by-wire steering angle device has become known in which there is no mechanical connection between a device for instructing the steering angle and a device for setting a steering angle on the wheel.
  • individually adjustable toe links on one or more axles of a vehicle for implementing the steering angle specification in the sense of a steer-by-wire system are known, in which the mechanical coupling between the left and right wheels is canceled.
  • DE 103 15 1 18 A1 discloses a steer-by-wire steering system for a motor vehicle.
  • the present invention solves the problem with a steering angle device for a motor vehicle by a first mechanical steering system which has at least one actuating device for setting a steering angle on two wheels of a vehicle. a first vehicle axle, and a control device for controlling the actuating device, and a second steer-by-wire steering system having at least one actuating device for adjusting a steering angle at the two wheels of the first vehicle axle or two wheels of a second vehicle axle, and a control device for controlling the actuating device, wherein the steering angle at the two wheels of the respective vehicle axle by the first and the second steering system is independently adjustable.
  • the invention solves the tasks also in a motor vehicle, in particular in a passenger or truck with a steering angle device according to one of claims 1 to 1 5, and with a method for adjusting a steering angle of two wheels at least one vehicle axle of a motor vehicle with a steering angle device according to a of claims 1 to 15.
  • the steering angle can be adjusted as needed only by one of the steering systems on the wheels of a vehicle axle or by both steering system. This results in wider applications for setting a suitable steering angle on the wheels of vehicle axles of a vehicle.
  • Another advantage is that the steering angle device is simple and inexpensive in construction over previously known steering angle devices.
  • the respective steering system has an actuator for adjusting the steering angle of both wheels of the vehicle axle on or two actuators, each actuator adjusts the steering angle of a wheel of the vehicle axle, in particular wherein the respective actuator comprises an electric motor or stepper motor. If only one actuating device is arranged, the steering angles of both wheels can be adjusted by means of only one actuating device, which is cost-effective. Are two actuators arranged has This advantage that they can be individually controlled and operated, for example. In addition, this also increases the reliability.
  • the first and second steering systems have a common control device for controlling the actuating devices. This reduces the cost of the controller. Likewise, space is saved. However, it is also possible for each steering system to have its own control device, with the two control devices being able to be coupled with one another or completely separated from one another, the latter improving the flexibility with respect to the arrangement in a vehicle.
  • the actuating device of the respective steering system can be coupled to a transverse link or a tie rod of a wheel carrier of the vehicle axle.
  • a steering angle on the wheel can be adjusted by suitably moving the wishbone, the wishbone, or a connection point of the control arm or toe link to the vehicle body by the actuator.
  • the actuator can be used to adjust a handlebar in vehicle axles with control arms, as well as multi-link axles with one or more wishbones.
  • the first and second steering system can be coupled by a common coupling member with the wheel carrier of the wheel of the vehicle axle, wherein a steering angle on the wheel by operating the common coupling member by the first and second steering system is adjustable.
  • a first steering angle of the first steering system can be superimposed on a second steering angle of the second steering system and vice versa.
  • the first and second steering systems can be coupled to the wheel carrier, for example, by a tie rod connected to the coupling element.
  • a transmission steering of the first and second steering system can be realized in a simple manner, in which the steering angle of the two steering systems can be superimposed on each other.
  • the first steering system is mechanically coupled to a steering wheel and a steering column device of the steering wheel, wherein a steering angle of the first steering system is superimposed on an input by turning the steering wheel angle of the driver.
  • This additionally increases the flexibility of the steering angle device.
  • control device is designed to determine the steering angle to be set by the associated steering system as a function of at least one parameter.
  • One such parameter is, for example, the driving speed. This has the advantage that the steering angle can be fine tuned and the driving behavior of the vehicle can be improved.
  • the control device is designed such that it controls the first steering system and / or the second steering system as a function of a speed threshold value in order to set a steering angle at a respective wheel by the first and / or second steering system, in particular wherein the control device is formed, controlling the first steering system and / or the second steering system below or until the speed threshold is reached to set a steering angle at a respective wheel through the first and / or second steering system, and preferably wherein the control device is configured to control only the first steering system to set a steering angle at a respective wheel by the first steering system when the speed threshold is exceeded.
  • the second steering system for example, can be used selectively only in a specific, in particular lower driving speed range.
  • control means is adapted to set the proportions of a first steering angle of the first steering system and a second steering angle of the second steering system, which are adjustable together on the wheels of a common vehicle axle, in dependence on the difference between the actual driving speed and the speed threshold, depending on a maximum possible lateral force on the wheels and / or in dependence on at least the driving speed.
  • the speed threshold value can be set invariably or variably, in particular wherein the speed threshold value can be changed by a vehicle occupant and / or the respective control device. This has the advantage that a vehicle occupant can adapt the speed threshold, for example, to his personal needs.
  • the course of the speed threshold at least partially describes a form of hysteresis, in particular wherein the hysteresis is the same or different for an increasing vehicle speed and a decreasing vehicle speed. This makes it easier to adjust the steering behavior of one with the steering angle device for different vehicles.
  • the second steering system is movable to and lockable in a position in which the wheels of a vehicle axle associated with the second steering system are in a straight ahead position, wherein the second steering system is movable to and above said speed threshold or in the event of failure of the control device of the second steering system is blockable. This ensures that no steering angle adjustment by the second steer-by-wire steering system takes place.
  • the second steering system by a return device in the position movable and blockable, in which the second steering system associated wheels of a vehicle axle in a straight-ahead position, wherein the rear part device in particular at least one elastic element and / or, at least one actuator, in particular at least one Electric motor, to reset the second steering system.
  • the elastic element such as at least one spring element, has the advantage that it is particularly cost-effective, and thus a simple and cost-effective rear part device can be provided.
  • the second steering system by means of dynamic driving and / or static forces of a chassis as steering return torque in the position foundedstell- bar.
  • This has the advantage that the steering system is particularly cost-effective, since a substantially passive rear sub-device can be provided.
  • the second steering system has at least one damping element for damping the deferral of the steering system by the rear part device.
  • the comfort for the driver can be further increased, since possibly disturbing noises are damped.
  • Figure 1 is a diagram in which the steering angle of a vehicle as a function of the vehicle speed at a maximum lateral acceleration, and the course of a minimum path radius is shown.
  • Fig. 2 shows a vehicle with a steering angle device according to a first
  • Embodiment of the invention shows a detail of one of the two wheel carriers of a vehicle axle with a steering angle device according to a second embodiment of the invention in a side view;
  • FIG. 3b the detail of the wheel carrier with the steering angle device according to FIG. 3a in a perspective view
  • FIG. 4a shows a detail of a wheel carrier with a steering angle device according to a third embodiment of the invention
  • Fig. 4b adjusting a steering angle of the wheel of the wheel carrier according to
  • FIG. 4c shows a setting of a further steering angle of the wheel of the wheel carrier according to FIG. 4b.
  • Fig. 1 shows a diagram in which the steering angle of a vehicle in dependence on the vehicle speed at a maximum lateral acceleration, and the course of a minimum path radius are shown.
  • the curve 1 represents the steering angle on a front axle of the vehicle as a function of the driving speed. The steering angle thereby decreases as the driving speed increases.
  • the curve 2 represents the steering angle at the front axle in dependence on the vehicle speed additionally at maximum lateral acceleration. Due to the occurring lateral acceleration, the steering angle continues to decrease with increasing vehicle speed.
  • the curve 3 represents the minimum path radius. As the driving speed of the vehicle increases, the minimum path radius or the minimum travelable radius is limited by the side force that is physically transmissible by the tire of the vehicle.
  • From the wheelbase and the desired turning circle of a vehicle can be, apart from kinematic particularities in the execution of a steering angle device, the required steering angle of the steered wheel or in two-lane vehicles, the steering angle on the inner and outer wheel, for example according to the Ackermann method, determine.
  • the maximum steering angle is only used when maneuvering or low speeds.
  • the minimum path radius or the minimum travelable radius is limited by the side force that is physically maximum transmittable by the tire, as shown in the diagram in FIG. 1. Lower steering angles are required to guide the vehicle to the physically possible path radius at higher speeds.
  • a steering angle device which comprises two independent steering systems.
  • the first steering system is a mechanical steering system for signal and power transmission, wherein the first steering system can be optionally additionally formed with a steering force support device, not shown.
  • the steering force assistance device is, for example, an electromechanical and / or hydraulic power steering device. However, the invention is not limited to these examples of steering assistance devices. Any other power steering device that is suitable for power steering support of the first steering system can be provided.
  • the second steering system is independent of the first steering system adjustable or autonomous steering system with electrical signal and power transmission.
  • the second steering system provides a so-called steer-by-wire steering.
  • the steering angle device thus provides a mechanical steering by the first steering system and an independently adjustable or autonomous or so-called steer-by-wire steering by the second steering system.
  • FIG. 2 shows a vehicle 4 with a steering angle device 5 according to a first embodiment of the invention.
  • the vehicle 4 has a first and a second vehicle axle 6, 7, the wheels 8 of which are each controlled or steered by the first steering system 9 or by the second steering system 10 independent therefrom.
  • the first steering system 9 is, as described above, a mechanical steering system for signal and power transmission.
  • the first vehicle axle 6 forms, for example, the front axle and the second vehicle axle 7 forms the rear axle of the vehicle 4.
  • the first vehicle axle 6 can also form the rear axle and the second vehicle axle 7 can form the front axle of the vehicle 4. This applies to all embodiments of the invention and in particular to the embodiments described with reference to the following FIGS. 3a, 3b and 4a-4c.
  • a steering wheel 1 1 with a steering column device 12 is mechanically coupled to the first steering system 9.
  • the first steering system 9 is coupled by means of a first tie rod 1 1 with a first wheel carrier 13 of the first wheel 8 and with a second tie rod 12 with a second wheel carrier 14 of the second wheel 8 of the first vehicle axle 6.
  • a steering angle is set at the wheel 8 connected to the wheel carrier 13, 14.
  • the first steering system 9 has for this purpose an actuating device, not shown, which extends the tie rods 1 1, 12, for example in the transverse direction of the vehicle 4 and retracts or extends and / or a connection point (e) of the respective tie rods 1 1, 12th on the vehicle body shifts to set a steering angle to the associated wheel 8.
  • the actuating device may for example comprise at least one stepping motor or another suitable electric motor which is suitable for actuating the respective tie rod 1 1, 12. It can be provided for each of the two tie rods 1 1, 12 a separate or for both a common actuator.
  • the first steering system 9 provides, if necessary, a superposition steering, in which a steering angle input by the driver is superimposed with a further predetermined or defined angle or steering angle of the steering system 9.
  • the steering angle device 4 in this case has a control device 15 which is connected to the actuator or actuators of the first steering system 9 and controls them to move the tie rods 1 1, 12 such that the driver input by turning the steering wheel 1 6 entered a steering angle is superimposed by the control device 15 predetermined angle or steering angle.
  • the control device 15 determines, for example by means of a suitable sensor, the steering angle set by the driver by turning the steering wheel 16.
  • the sensor system may, for example, comprise at least one angle of rotation sensor and / or a torque sensor, etc., for determining the angle of rotation when the steering wheel 16 is rotated by the driver.
  • the control device 15 determines a suitable angle or steering angle for superimposing the driver's steering angle on the basis of the adjusted steering angle and controls the actuating device or actuating devices of the first steering system 9 in such a way that the driver's steering angle is superimposed with this angle.
  • the angle or steering angle, with which the driver's steering angle is superimposed is selected, for example, such that the stability or driving style of the vehicle is improved. This applies to all embodiments of the invention. However, the invention is not limited to the examples mentioned for selecting a suitable angle. Suitable angles for superimposing the steering angle can be calculated by the control device 15, for example, and / or retrievably stored in a storage device, not shown, coupled to the control device, etc.
  • the first steering system 9 may optionally be additionally configured with a steering force support device, not shown.
  • the steering force assistance device is, for example, an electromechanical and / or hydraulic power steering device and is designed as a power assistance to reduce the driver's effort in direct steering.
  • the second steering system 10 is, as previously described, an autonomous steering system for signal and power transmission.
  • the second steering system 10 is coupled by means of a first tie rod 1 1 to a first wheel carrier 13 of the first wheel 8 and to a second tie rod 12 to a second wheel carrier 14 of the second wheel 8 of the second vehicle axle 7.
  • the first and second tie rod 1 1, 12 is moved such that a predetermined steering angle is set to the respective wheel 8. It can be provided for each of the two tie rods 1 1, 12 a separate or a common actuator.
  • the actuating device comprises, as described above with respect to the first steering system 9, for example, at least one stepping motor or other suitable electric motor, which is suitable or adapted to operate the respective tie rod 1 1, 12.
  • the actuating device (s) is or are likewise connected to the control device 15 of the steering angle device 4 for setting a predetermined or defined steering angle of the wheels 8 of the second vehicle axle 7 by the control device 15.
  • the second steering system 10 provides, as described above, a so-called steer-by-wire steering.
  • a so-called steer-by-wire steering there is no mechanical connection between a steering column device 17 with the steering wheel 16 and the second vehicle axle 7. Instead, the steering angle of the wheels 8 of the second vehicle axle 7 is adjusted by the second steering system 10.
  • the actuating device (s) is / are controlled by the control device 15 and actuate the tie rods 1 1, 12 of the first and second wheels 8 of the second vehicle axle 7 such as to set the steering angle predetermined by the control device 15.
  • FIGS. 3a and 3b show a detail of one of the two wheel carriers 13 of a vehicle axle 6 with a steering angle device 5 according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 3a shows a side view and FIG. 3b shows a perspective view of the wheel carrier 13 which is connected to the steering angle device 5 according to the second embodiment of the invention.
  • FIGS. 3a and 3b show a first multi-link vehicle axle 20, which has at least two transverse links 18, 19, which are coupled at one end to the wheel carrier 12 and at the other end to the first and second steering systems 9, 10 of the steering angle device 5.
  • the wishbones 18, 19 are arranged spaced apart in the longitudinal direction of the vehicle or X-direction to the wheel center and oriented transversely (Y-direction) or substantially transversely to the vehicle longitudinal axis.
  • the length of the transverse link 18, 19 and / or their respective at least one non-illustrated karosse- riesondiger connection point can be influenced or changed by the steering angle device 5 according to the invention.
  • the first multi-link vehicle axle 20 has, in addition to the at least two transverse links 18, 19, for example, three further links 21, 22, 23, including two trailing links 21, 22 and a further transverse link 23.
  • the invention however, not limited to this embodiment of a multi-link vehicle axle 20.
  • any multi-link vehicle axle 20 may be provided which has at least two control arms which are adapted to be connected to and actuated by the steering angle device 5, so that a steering angle of the wheels of the vehicle axle is adjustable by the control arms.
  • the first steering system 9 is connected to one of the two transverse links 18 of the respective wheel carrier 13 of the vehicle axle 20.
  • the first Steering system 9 is further coupled to a steering wheel 16 and its steering column means 17.
  • the first steering system 9 also has at least one actuating device, not shown, which is controlled by a control device 15 of the steering angle device 5.
  • the actuating device 15 is configured to actuate the associated transverse link 18 in order to set a steering angle predetermined by the control device 15 on the wheel 8 of the respective one of the two wheel carriers of the vehicle axle 20.
  • the control device additionally controls, for example, the subsequently described second steering system 10 of the steering angle device. It can be provided for each of the control arm 18 of the two wheels of the vehicle axle 20 own or a common actuator.
  • the actuating device has, for example, at least one stepping motor or another suitable electric motor which is suitable for actuating the respective cross member 18.
  • the transverse link 18 is lengthened and shortened or retracted and extended by the associated actuating device, as indicated by a double arrow Q1.
  • the wishbone 18 is connected, for example, by at least one connection point to the body.
  • the at least one connection point of the control arm 18 for adjusting a steering angle predetermined by the control device 15 on the wheel 8 can be displaced by the actuating device on the body side, for example toward or away from the wheel carrier 13 and the wheel 8 so as to move the cross member 18 in the transverse direction or Y direction of the vehicle toward or away from the wheel carrier 13 and the wheel 8.
  • the first steering system 9 may, as previously described with reference to FIG. 2, if necessary, provide a superposition steering in which a steering angle entered by the driver by turning the steering wheel 16 is superposed with another predetermined or defined angle or steering angle.
  • the control device 15 in this case controls the actuating device (s) of the first steering system 9 in order to actuate the control arm 1 8 of the respective wheel carrier 13 of the vehicle axle 20 connected to the actuating device such that the steering angle entered by the driver by turning the steering wheel 1 6 is controlled by the control device 15 predetermined angle or steering angle of the first steering system 9 is superimposed.
  • the control device 15 determines, as described previously with reference to FIG. 2, for example by means of a suitable sensor, the steering angle set by the driver by turning the steering wheel 1 6.
  • the sensor system may, for example, comprise at least one angle of rotation sensor and / or a torque sensor, etc., for determining the angle of rotation when the steering wheel is rotated by the driver.
  • the angle or steering angle with which the steering angle of the driver is superimposed for example, selected such that the stability or driving of the vehicle is improved.
  • the multi-link 20 is actuated by the rotation of the steering wheel 1 6 and set a steering angle by the driver.
  • the first steering system 9 can also optionally be designed with an additional steering force assistance device.
  • the power steering device not shown, as described previously with reference to FIG. 2, for example, an electromechanical and / or hydraulic power steering device and is designed as a power assistance to reduce the driver's effort in the direct steering.
  • the second steering system 10 is, as previously described, an autonomous steering system for signal and power transmission.
  • the second steering system 10 is connected to the second of the two transverse links 19 of the respective wheel carrier 13 of the multi-link vehicle axle 20.
  • the second steering system 10 provides a steer-by-wire steering. In such a so-called steer-by-wire steering, there is no mechanical connection between the steering wheel 1 6 its steering column device 17 and the vehicle axle 20.
  • the steering angle of the wheels 8 of the vehicle axle 20 is provided by the second steering system 10. It can be provided for each of the two control arms 19 own or a common actuator.
  • the actuating device not shown, as described above with respect to the first steering system 9, for example, at least one stepper motor or other suitable electric motor, which is suitable or adapted to operate the respective control arm 19.
  • the actuating device (s) of the second steering system 10 is or are controlled by a control device 15 which, for example, also provides the control device 15 for the first steering system 9.
  • the control device 15 controls the actuating device (s) such that it actuates the transverse rod 19 of the respective wheel carrier 13 of the vehicle axle 20 in order to set a steering angle predetermined by the control device 15 on the wheel 8 of the respective wheel carrier 13.
  • the respective actuator changes, for example, the length of the control arm 19 and shortens or lengthens the length of the transverse arm in the transverse direction of the vehicle, as indicated by a double arrow Q2 in Figures 3a and 3b, or moves e.g.
  • the actuating device (s) on the body side for example, the at least one attachment point of the transverse link 19, not shown, and possibly further attachment points of the further links 21, 22, 23 of the multi-link vehicle axle can be changed or shifted, e.g. in the transverse direction or Y direction of the vehicle, for setting a predetermined by the control device 15 steering angle to the wheel 8 of the wheel carrier 13th
  • the first and second steering systems 9, 10 for actuating the transverse rods 18, 19 can also be exchanged.
  • the second vehicle axle (not shown) of the vehicle 4 may, for example, likewise be designed as a multi-link vehicle axle and two wishbones connected to the respective wheel carrier can be connected to a steering angle device, as shown in the exemplary embodiment in FIGS. 3a and 3b.
  • FIG. 4 a shows a detail of a wheel carrier 13 of a vehicle axle 24 of a vehicle 4 with a steering angle device 5 according to a third embodiment of the invention.
  • the third embodiment of the steering angle device 5 according to the invention is, as shown in Fig. 4a, a superposition steering angle device.
  • the steering angle at the wheel 8 can be adjusted in common by the independent first and second steering systems 9, 10, by only one of the steering systems 9, 10 or by direct steering by the driver.
  • the driver adjusts the steering angle to the wheels 8 of the vehicle axle 24 by turning the steering wheel 16.
  • the steering angle is not superimposed by the first and / or second steering system 9, 10 of the steering angle device 5.
  • the first and second steering systems 9, 10 of the steering angle device 5 act in the steering angle device 5 according to the third embodiment of the invention on a common coupling member 25.
  • the common coupling member 25 is further coupled to the wheel carrier 13.
  • the common coupling member 25 is coupled for example with a tie rod 1 1, as shown in the embodiment in Fig. 4a.
  • the tie rod 1 1 is in turn coupled to the wheel carrier 13.
  • the tie rod 1 for example, connected to a steering knuckle 26 of the wheel carrier 13.
  • the distance between the tie rod 1 1 to the respective first and second steering system 9, 10 defines the translation, ie the influence on the steering angle on the wheel 8.
  • the distance between the first and second steering system 9, 10 to the tie rod 1 1 can be equal or be different in size. In the embodiment shown in Fig. 4a, the distance between the first steering system 9 and the tie rod 1 1 larger than between the second steering system 10 and the tie rod 1 first However, it may also behave vice versa and the distance between the first steering system 9 and the tie rod 1 1 be smaller than between the second steering system 10 and the tie rod 1 1.
  • the first steering system 9 is a mechanical steering system for signal and power transmission.
  • a steering wheel 1 6 mechanically coupled to a steering column means 17 with the first steering system 9.
  • the first steering system 9 has an actuator for controlling the tie rod 1 1 of the wheel 8, which is controlled by a control device, not shown. It can be provided for each of the two tie rods 1 1 of the wheels 8 of the vehicle axle own or a common actuator.
  • the actuating device has, for example, at least one stepping motor or another suitable electric motor which is suitable for actuating the respective tie rod 1 1.
  • the actuating device (s) is or are controlled by the control device such that a first steering angle is adjustable by the first steering system 9 on the wheel 8 of the wheel carrier 13. This first steering angle may be additionally superimposed by a second steering angle of the second steering system 10, for providing a predetermined steering angle to the wheel 8, as shown in the following FIGS. 4b and 4c.
  • the second steering system 10 is, as previously described, an autonomous steering system for signal and power transmission.
  • the second steering system 10 is connected to the common coupling member 25.
  • the second steering system 10 on an actuating device, not shown, with which the coupling member 25 and connected to the coupling member 25 tie rod 1 1 is moved such that a predetermined second steering angle is set to the wheel 8. It can be provided for each of the two tie rods 1 1 of the wheels 8 of the vehicle axle 24 own or a common actuator.
  • the actuating device indicates For example, at least one stepper motor or other suitable electric motor, which is suitable to operate the respective tie rod.
  • the actuating device (s) is or are also connected to a not shown control device of the steering angle device 5, for setting a predetermined or defined by the control device 25 second steering angle of the wheels 8 of the vehicle axle 24.
  • the control device is preferably the control device which also the first Steering system 9 controls.
  • the second steering system 10 provides, as described above, a so-called steer-by-wire steering.
  • the steering angle of the wheels 8 of the vehicle axle 24 is hereby set by the second steering system 10.
  • the first and second steering systems 9, 10 may also provide a superposition steering in which a steering angle entered by the driver by turning the steering wheel 16 is superposed with the angle predetermined or defined by the first and second steering systems 9, 10. As described above, this angle is composed of the first and second steering angles of the first and second steering systems 9, 10.
  • the control device controls the respective actuating device (s) of the first and second steering systems 9, 10 in such a way to actuate the coupling member 25 connected to them that the steering angle entered by the driver by turning the steering wheel 16 is predetermined by the control device 25 Angle is superimposed by the first and second steering system 9, 10.
  • the control device determines, for example by means of a suitable sensor system, the steering angle set by the driver by turning the steering wheel 16. Furthermore, the control device determines a suitable angle or first and second steering angle of the first and second steering systems 9, 10 for superimposing the driver's steering angle on the basis of the set steering angle and controls the respective actuating device (s) of the first and second steering systems 9, 10 in such a way that the steering angle of the driver is superimposed with this angle.
  • the first steering system 9 may optionally be additionally configured with a steering force support device.
  • the steering power assistance device is, for example, an electromechanical and / or hydraulic power steering device, which as a power assistance reduces the driver's effort in direct steering.
  • FIGS. 4b and 4c show that the steering angle on the wheel 8 can be formed or superposed by both steering systems 9, 10.
  • Fig. 4b moves the first steering system 9 by its unillustrated actuator (s) one end of the coupling member 25 in the direction of the wheel 8 and the second steering system 10, the other end of the coupling member 25 away from the wheel 8, such as indicated by the arrows P1, P2 in Fig. 4b. Accordingly, the tie rod 1 1 is moved by the coupling member 25 and set a steering angle to the wheel 8 through the first and second steering system 9, 10.
  • the second steering system 10 of the steering angle device 5 which provides a steer-by-wire steering, for example, depending on at least one or more parameters are controlled to provide a steering angle to the respective wheel of a vehicle axle
  • the second steering system 10 can set a steering angle on the assigned wheel as a function of the vehicle speed. For example, at least one speed threshold may be set by which the second steering system is actuated to set a steering angle on an associated wheel.
  • the speed threshold may be set to be below or within the legal speed limit for so-called steer-by-wire steering systems.
  • this speed limit according to ECE-R-79 is 50km / h.
  • the predetermined speed threshold may be e.g. 50km / h or e.g. have a value in a range of 40km / h to 49km / h.
  • the invention is not limited to a speed threshold of 50km / h or less than 50km / h, and any other value, including a value greater than 50km / h, may be provided, which is a speed threshold for so-called steer-by-wire Steering system is suitable or eg prescribed by a legal requirement etc.
  • the speed threshold to which the second steering system 10 is operated to adjust a steering angle on a wheel may be set as either a fixed or fixed value or may be variable.
  • the speed threshold may be determined or adjusted depending on at least one or more parameters by an algorithm or at least one function of the control device of the second steering system.
  • the speed threshold value can be determined or adjusted by the control device as a function of at least one parameter, such as the vehicle speed, the road friction coefficient, occurring rainfall, the ambient temperature, etc.
  • Such parameters as the vehicle speed, the coefficient of friction of the road, the occurrence of rain or the ambient temperature, etc. can be detected by corresponding sensors in the vehicle and fed as signals or data of the control device.
  • the mentioned parameters are merely exemplary and the invention is not limited thereto.
  • the speed threshold may have hysteresis.
  • the speed threshold may have a different hysteresis for increasing speeds than for decreasing speeds.
  • the speed threshold may be independently set and / or changed by a vehicle user.
  • the vehicle user preferably the driver or vehicle owner, for example, before he sets or changes the speed threshold value in an associated input device of the vehicle, informed or educated, for example via a liability assumption, for example, an acoustic and / or optical device in the vehicle.
  • the input device for inputting the new speed threshold value by the vehicle user is coupled to the control device of the first and second steering system.
  • the input device may comprise an authentication device for the vehicle user, for example a fingerprint reader, etc. In this way it can be achieved, for example, that the setting or changing of the speed threshold value can only be performed by specific persons, such as the vehicle owner.
  • the value for the speed threshold value can be set to the new value after input to the input device and, if appropriate, an additional optional safety query, whereby the value can be set both below and optionally above the legally permissible limits.
  • the security prompt may determine whether the entered speed threshold is legal or represents an unacceptable security risk and, for example, a setting to that value is not performed or aborted.
  • the speed threshold adjustment data may optionally be transmitted as any suitable signal, for example by a radio signal or other suitable wireless signal, to a data processing device, eg an external server, external to the vehicle.
  • the speed threshold adjustment data may be sent to the data processing device as an e-mail message, a fax message, and so on.
  • the second steering system 10 which provides a steer-by-wire steering, for example above the predetermined speed threshold in a straight ahead position, the wheels adjustable by the steering system, blockable, for example, mechanically blocked formed.
  • the second steering system 10 optionally has an additional rear part device, not shown in the figures, which, in the event of a failure of the signal or force path of the second steering system, starts and locks the straight-ahead position of the wheels or wheel axle which can be adjusted by the steering system.
  • the provision of the wheels connected to the second steering system by the return part device in a straight-ahead position can be effected, for example, by an elastic element, e.g. by means of at least one spring element.
  • a restoring force, for example a steering return torque, of the rear part device for returning the wheels to the straight-ahead position can be effected by driving dynamic and / or static forces of the chassis.
  • the return movement of the restoring device for moving the wheels into the straight-ahead position can optionally be damped by at least one additional damping element.
  • the damping by means of the damping element can be carried out, for example, periodically or aperiodically.
  • the provision can be effected by at least one actuator which is designed to be redundant with respect to the steering angle device, for example a mechanical, electromechanical, hydraulic, pneumatic and / or electromagnetic actuator.
  • the steering angle specification or the steering angle at the assigned wheel of the vehicle axle, for example above the predetermined speed threshold is implemented solely by the first steering system 9, which provides a mechanical steering.
  • the steering angle specification or specification of a direction-of-travel Wish above the predetermined speed threshold value which is not feasible, for example, alone by the first steering system 9, be implemented by individual wheel brake intervention.
  • the first steering system 9 may be adapted to a steering angle in a range, e.g. be limited between 5 ° and 10 ° or optionally 45 ° to the respective associated wheel.
  • the steering angle specification or the steering angle to be set on the respective wheel can be proportionally divided from the first steering system, which provides a mechanical steering, and the second steering system, which has a steer-by-wire steering, when the speed threshold is undershot be provided.
  • This embodiment is applied to the steering angle device previously described with reference to FIGS. 4a-4c, in which the wheels of a vehicle axle are respectively coupled to the first and second steering systems and a steering angle on the respective wheel is adjusted in common by both steering systems.
  • the proportions of the steering angle converted by the first and second steering systems may be proportional or generally function as a function of the difference between the current vehicle speed and the predetermined speed threshold.
  • the proportions of the converted steering angle can be calculated by the first and second steering system 9, 10 as a function of the driving speed as a parameter and at least one further parameter, for example by means of a suitable algorithm.
  • Another parameter is, for example, the coefficient of friction of the road surface, the ambient temperature, etc.
  • the steering angle as the sum of the steering angle of the first steering system 9 and the steering angle of the second steering system 10 to a be limited to predetermined value.
  • the value of the predetermined steering angle is limited for example by the physically implementable maximum lateral force.
  • the steering angle in a driving speed range of 0km / h up to the predetermined speed threshold, the steering angle may be provided decreasing on the wheel, the steering angle being adjusted by the second steering system as steer-by-wire steering.
  • the decrease in the steering angle can also decrease, for example linearly or according to another suitable mathematical function, at least partially nonlinearly.
  • the transition of the steering angle which can be set by the steering angle device at the respective wheel as a function of the driving speed in the region of the speed threshold value can have, for example, a harmonic or mathematically continuous course.
  • the first and second steering systems can act on different vehicle axles of the vehicle, as shown by way of example in FIG. 2.
  • each steering system may affect different but several of the axles simultaneously.
  • the present invention provides, inter alia, the advantage that a steering angle to wheels of a vehicle can be adjusted specifically by means of the steering angle device, since the mechanical steering and the steer-by-wire steering of the steering angle device can be done independently. Thereby, a suitable steering angle at the wheels can be set appropriately over a large traveling speed range of the vehicle.
  • the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in many ways.
  • the previously described embodiments of the steering angle device, as well as the described embodiments and variants thereof, can be combined with one another, in particular individual features thereof.
  • the steering angle of the two wheels by means of the steering angle device according to the second embodiment, as described with reference to FIGS. 3a and 3b, described, and the steering angle of the two wheels of the vehicle axle, instead also with the steering angle device of FIG 3a and 3b, with the steering angle device according to the third embodiment according to the Fig. 4a-4c.
  • the steering angle device according to the first embodiment as described in Fig.
  • the second and / or third embodiment for example, by the first steering system on the one vehicle axle with the second steering system according to the second or third embodiment of Steering angle device is combined.
  • the steering angle of the wheels of both vehicle axles of a vehicle can be adjusted by means of the steering angle device according to the invention or even the steering angle of the wheels of a vehicle axle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkwinkelvorrichtung (5) für ein Kraftfahrzeug (4) umfassend: ein erstes mechanisches Lenksystem (9), welches wenigstens eine Betätigungseinrichtung aufweist zum Einstellen eines Lenkwinkels an zwei Rädern (8) einer ersten Fahrzeugachse (6,20,24), und eine Steuerungseinrichtung (15) zum Steuern der Betätigungseinrichtung, und ein zweites steer-by-wire Lenksystem (10), welches wenigstens eine Betätigungseinrichtung aufweist zum Einstellen eines Lenkwinkels an den zwei Rädern (8) der ersten Fahrzeugachse (6,20,24) oder zwei Rädern (8) einer zweiten Fahrzeugachse (7,20,24), und eine Steuerungseinrichtung (15) zum Steuern der Betätigungseinrichtung, wobei der Lenkwinkel an den zwei Rädern (8) der jeweiligen Fahrzeugachse (6,7,20,24) durch das erste und das zweite Lenksystem (9,10) voneinander unabhängig einstellbar ist.

Description

Lenkwinkelvorrichtunq für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Lenkwinkelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Lenkwinkelvorrichtung und ein Verfahren zum Einstellen eines Lenkwinkels an zwei Rädern wenigstens einer Fahrzeugachse eines Kraftfahrzeugs.
Für Fahrzeuglenksysteme sind unterschiedliche Bauweisen bekannt, beispielsweise eine sogenannte Drehschemellenkung. Die Drehschemel-Lenkung ist die einfachste Form und ist heute noch bei Anhängern zu finden. Für Kraftfahrzeuge hat sich die Bauweise in Form einer Achsschenkellenkung durchgesetzt. Weitere Bauweisen sind unter anderem die Panzerlenkung und Knicklenkung. Diese sind heute nur noch bei Baumaschinen oder Sonderfahrzeugen anzutreffen.
Darüber hinaus sind noch weitere Bauweisen bekannt geworden. So wird bei der sognannten Ross-Lenkung der Firma Ross Gear and Tool Inc. über ein Schneckenrad ein Lenkstockhebel angetrieben. Aus der DE 2 807 005 A1 ist des Weiteren eine Zahnstangenlenkung bekannt geworden. Aus der US 2,865,339 eine Zahnstangenlenkung mit variabler Verzahnung bekannt geworden. Weiter beschreibt die
DE 10 201 1 003 087 A1 eine Zahnstangenlenkung für schwere Nutzfahrzeuge mit einer hydraulischen Hilfskraftunterstützung.
Des Weiteren sind Überlagerungslenkungen beispielsweise aus der
DE 10 2008 043 913 A1 bekannt, die unabhängig von der Fahrervorgabe einen Lenkwinkel einstellen können. Aus der DE 101 59 700 A1 ist eine Überlagerungslenkung durch zwei ineinander angeordnete Lenkstangen bekannt, die unabhängig betätigt werden können. Aus der DE 60 2005 005 761 T2 ist wiederum eine sog. steer-by-wire Lenkwinkelvorrichtung bekannt geworden, bei der zwischen einer Vorrichtung zur Lenkwinkelvorgabe und einer Vorrichtung zur Einstellung eines Lenkwinkels am Rad keine mechanische Verbindung besteht.
Gesetzliche Regelungen, wie z.B. ECE-R 79, schreiben für derartige Systeme umfangreiche Sicherheits- und Überwachungssysteme vor. Eine gesetzeskonforme Systemarchitektur erfordert meist Rückfallebenen und Redundanzen bei Steuerungsgeräten, Sensoren und Aktuatoren. Dies führt jedoch zu komplexen und teuren Systemen. Des Weiteren sind mechanische Rückfalllösungen bekannt, die bei Ausfall der Signaloder Kraftübertragung, z.B. mittels einer Kupplung, die Verbindung über ein konventionelles Lenkgestänge mit der Lenkwinkelvorrichtung herstellen. Da gleichzeitig eine voll funktionsfähige mechanische Lenkwinkelvorrichtung vorgehalten werden muss, benötigt diese zusätzlich erheblichen Bauraum und das Crashverhalten verschlechtert sich. Aufgrund der Mehrkosten und des zusätzlichen Gewichts haben sich derartige Systeme bisher nicht durchsetzen können.
Des Weiteren sind aus der DE 10 2008 000 364 A1 individuell verstellbare Spurlenker an einer oder mehreren Achsen eines Fahrzeuges zur Umsetzung der Lenkwinkelvorgabe im Sinne eines steer-by-wire Systems bekannt, bei der die mechanische Kopplung zwischen linkem und rechtem Rad aufgehoben ist.
Aus der DE 102 20 123 A1 ist eine Überlagerungslenkung bekannt für eine Überlagerung eines Lenkradwinkels mit einem weiteren Winkel zur Beaufschlagung eines Lenkgetriebes mit der Summe dieser Winkel.
Weiter ist aus der DE 103 15 1 18 A1 ist ein steer-by-wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug bekannt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lenkwinkelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, welches eine verbesserte Einstellung eines Lenkwinkels an den beiden Rädern einer Fahrzeugachse ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine zuverlässige und gleichzeitig kostengünstige Lenkwinkelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Lenkwinkelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe bei einer Lenkwinkelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug durch ein erstes mechanisches Lenksystem, welches wenigstens eine Betätigungseinrichtung aufweist zum Einstellen eines Lenkwinkels an zwei Rädern ei- ner ersten Fahrzeugachse, und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Betätigungseinrichtung, und ein zweites steer-by-wire Lenksystem, welches wenigstens eine Betätigungseinrichtung aufweist zum Einstellen eines Lenkwinkels an den zwei Rädern der ersten Fahrzeugachse oder zwei Rädern einer zweiten Fahrzeugachse, und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Betätigungseinrichtung, wobei der Lenkwinkel an den zwei Rädern der jeweiligen Fahrzeugachse durch das erste und das zweite Lenksystem voneinander unabhängig einstellbar ist.
Die Erfindung löst die Aufgaben ebenfalls bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei einem Personen- oder Lastkraftwagen mit einer Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 5, sowie mit einem Verfahren zum Einstellen eines Lenkwinkels an zwei Rädern wenigstens einer Fahrzeugachse eines Kraftfahrzeugs mit einer Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15.
Vorteil hierbei ist unter anderem, dass der Lenkwinkel sowohl nur von einem der Lenksysteme an den Rädern einer Fahrzeugachse oder durch beide Lenksystem je nach Bedarf eingestellt werden kann. Dadurch ergeben sich breitere Anwendungsmöglichkeiten zur Einstellung eines geeigneten Lenkwinkels an den Rädern von Fahrzeugachsen eines Fahrzeugs. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Lenkwinkelvorrichtung einfach und kostengünstig im Aufbau gegenüber bisher bekannten Lenkwinkelvorrichtungen ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorteilhafterweise weist das jeweilige Lenksystem eine Betätigungseinrichtung zum Einstellen des Lenkwinkels beider Räder der Fahrzeugachse auf oder zwei Betätigungseinrichtungen, wobei jede Betätigungseinrichtung den Lenkwinkel eines Rads der Fahrzeugachse einstellt, insbesondere wobei die jeweilige Betätigungseinrichtung einen Elektromotor oder Schrittmotor umfasst. Ist lediglich eine Betätigungseinrichtung angeordnet, sind die Lenkwinkel beider Räder mittels nur einer Betätigungseinrichtung einstellbar, was kostengünstig ist. Sind zwei Betätigungseinrichtungen angeordnet, hat dies Vorteil, dass diese beispielsweise individuell angesteuert und betätigt werden können. Darüber hinaus wird dadurch auch die Zuverlässigkeit erhöht.
Zweckmäßigerweise weisen das erste und zweite Lenksystem eine gemeinsame Steuerungseinrichtung zum Steuern der Betätigungseinrichtungen auf. Dies verringert die Kosten für die Steuerungseinrichtung. Ebenso wird Bauraum gespart. Es kann aber auch jedes Lenksystem eine eigene Steuerungseinrichtung aufweisen, wobei die beiden Steuerungseinrichtungen hierbei miteinander gekoppelt oder vollständig voneinander getrennt ausgeführt werden können, wobei letzteres die Flexibilität hinsichtlich der Anordnung in einem Fahrzeug verbessert.
Vorteilhafterweise ist die Betätigungseinrichtung des jeweiligen Lenksystems mit einem Querlenker oder einer Spurstange eines Radträgers der Fahrzeugachse koppelbar. Dadurch kann auf einfache und zuverlässige Weise ein Lenkwinkel an dem Rad durch ein geeignetes Bewegen des Querlenkers, des Spurlenkers oder eines Anbin- dungspunks des Querlenkers oder Spurlenkers an der Fahrzeugkarosserie durch die Betätigungseinrichtung eingestellt werden. Die Betätigungseinrichtung kann zum Einstellen eines Lenkers bei Fahrzeugachsen mit Spurlenkern eingesetzt werden, sowie bei Mehrlenkerachsen mit einem oder mehreren Querlenkern.
Zweckmäßigerweise sind das erste und zweite Lenksystem durch ein gemeinsames Koppelglied mit dem Radträger des Rads der Fahrzeugsachse koppelbar, wobei ein Lenkwinkel an dem Rad durch Betätigen des gemeinsamen Koppelglieds durch das erste und zweite Lenksystem einstellbar ist. Dabei kann ein erster Lenkwinkel des ersten Lenksystems einem zweiten Lenkwinkel des zweiten Lenksystems überlagert werden und umgekehrt. Das erste und zweite Lenksystem sind beispielsweise durch eine mit dem Koppelglied verbundene Spurstange mit dem Radträger koppelbar. Durch das Koppelglied kann auf einfache Weise eine Übertragungslenkung des ersten und zweiten Lenksystems realisiert werden, bei dem die Lenkwinkel der beiden Lenksysteme einander überlagert werden können.
Vorteilhafterweise ist das erste Lenksystem mit einem Lenkrad und einer Lenksäuleneinrichtung des Lenkrads mechanisch koppelbar ausgebildet, wobei ein Lenk- winkel des ersten Lenksystems einem durch Drehen des Lenkrads eingegebenen Winkel des Fahrers überlagerbar ist. Dadurch wird zusätzlich die Flexibilität der Lenkwinkelvorrichtung erhöht.
Zweckmäßigerweise ist die Steuerungsvorrichtung ausgebildet, um den durch das zugeordnete Lenksystem einzustellenden Lenkwinkel abhängig von wenigstens einem Parameter zu bestimmen. Ein solcher Parameter ist beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit. Dies hat den Vorteil, dass der Lenkwinkel feiner abgestimmt und das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessert werden kann.
Vorteilhafterweise ist die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet, so dass diese in Abhängigkeit von einem Geschwindigkeitsschwellenwert das erste Lenksystem und/oder das zweite Lenksystem steuert, um einen Lenkwinkel an einem jeweiligen Rad durch das erste und/oder zweite Lenksystem einzustellen, insbesondere wobei die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, das erste Lenksystem und/oder das zweite Lenksystem unterhalb oder bis zum Erreichen des Geschwindigkeitsschwellenwerts zu steuern, um einen Lenkwinkel an einem jeweiligen Rad durch das erste und/oder zweite Lenksystem einzustellen und vorzugsweise wobei die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, nur das erste Lenksystem steuern, um einen Lenkwinkel an einem jeweiligen Rad durch das erste Lenksystem einzustellen, wenn der Geschwindigkeitsschwellenwert überschritten ist. Dies hat den Vorteil, dass das zweite Lenksystem beispielsweise gezielt nur in einem bestimmten, insbesondere unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich eingesetzt werden kann.
Zweckmäßigerweise ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Anteile eines ersten Lenkwinkels des ersten Lenksystems und eines zweiten Lenkwinkels des zweiten Lenksystems, welche zusammen an den Rädern einer gemeinsamen Fahrzeugachse einstellbar sind, festzulegen in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit und dem Geschwindigkeitsschwellenwert, in Abhängigkeit von einer maximal möglichen Seitenkraft auf die Räder und/oder in Abhängigkeit von wenigstens der Fahrgeschwindigkeit. Dies erlaubt ebenfalls eine verfeinerte Einstellung des Lenkwinkels an den Rädern einer Fahrzeugachse. Vorteilhafterweise ist der Geschwindigkeitsschwellenwert unveränderlich oder variabel einstellbar, insbesondere wobei der Geschwindigkeitsschwellenwert durch einen Fahrzeuginsassen und/oder die jeweilige Steuerungseinrichtung veränderbar ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Fahrzeuginsasse den Geschwindigkeitsschwellenwert beispielsweise an seine persönlichen Bedürfnisse anpassen kann.
Zweckmäßigerweise beschreibt der Verlauf des Geschwindigkeitsschwellenwertes zumindest teilweise eine Form einer Hysterese, insbesondere wobei die Hysterese für eine steigende Fahrgeschwindigkeit und eine sinkende Fahrgeschwindigkeit gleich oder unterschiedlich ist. Damit lässt sich das Lenkverhalten eines mit der Lenkwinkelvorrichtung für verschiedene Fahrzeuge einfacher anpassen.
Vorteilhafterweise ist das zweite Lenksystem in eine Position bewegbar und darin blockierbar, in welcher die dem zweiten Lenksystem zugeordneten Räder einer Fahrzeugachse in einer Geradeausstellung sind, wobei das zweite Lenksystem insbesondere oberhalb des Geschwindigkeitsschwellenwerts oder bei Ausfall der Steuerungseinrichtung des zweiten Lenksystems in diese Position bewegbar und darin blockierbar ist. Dadurch wird erreicht, dass keine Lenkwinkeleinstellung durch das zweite steer-by-wire Lenksystem erfolgt.
Zweckmäßigerweise ist das zweite Lenksystem durch eine Rücksteilvorrichtung in die Position bewegbar und darin blockierbar, in welcher die dem zweiten Lenksystem zugeordneten Räder einer Fahrzeugachse in einer Geradeausstellung sind, wobei die Rücksteilvorrichtung insbesondere wenigstens ein elastisches Element und/oder, wenigstens einen Aktuator, insbesondere wenigstens einen Elektromotor, zum Zurückstellen des zweiten Lenksystems aufweist. Das elastische Element, wie beispielsweise wenigstens ein Federelement, hat den Vorteil, dass es besonders kostengünstig ist und es kann damit eine einfache und kostengünstige Rücksteilvorrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Vorteilhafterweise ist das zweite Lenksystem mittels fahrdynamischer und/oder statischer Kräfte eines Fahrwerks als Lenkrückstellmoment in die Position zurückstell- bar. Dies hat den Vorteil, dass das Lenksystem besonders kostengünstig ist, da eine im Wesentlichen passive Rücksteilvorrichtung vorgesehen werden kann.
Zweckmäßigerweise weist das zweite Lenksystem wenigstens ein Dämpfungselement zum Dämpfen der Zurückstellung des Lenksystems durch die Rücksteilvorrichtung auf. Dadurch kann der Komfort für den Fahrer weiter erhöht werden, da möglicherweise störende Geräusche gedämpft werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus der dazugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Dabei zeigen jeweils in schematischer Form
Fig. 1 ein Diagramm, in welchem der Lenkwinkel eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bei einer maximalen Querbeschleunigung, sowie der Verlauf eines minimalen Bahnradius dargestellt ist;
Fig. 2 ein Fahrzeug mit einer Lenkwinkelvorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3a einen Ausschnitt einer der beiden Radträger einer Fahrzeugachse mit einer Lenkwinkelvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer Seitenansicht;
Fig. 3b den Ausschnitt des Radträgers mit der Lenkwinkelvorrichtung gemäß Fig. 3a in einer Perspektivansicht;
Fig. 4a einen Ausschnitt eines Radträgers mit einer Lenkwinkelvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4b ein Einstellen eines Lenkwinkels des Rads des Radträgers gemäß
Fig. 4a; und
Fig. 4c ein Einstellen eines weiteren Lenkwinkels des Rads des Radträgers gemäß Fig. 4b.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in welchem der Lenkwinkel eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bei einer maximalen Querbeschleunigung, sowie der Verlauf eines minimalen Bahnradius dargestellt sind.
In dem in Fig. 1 gezeigten Diagramm stellt der Kurvenverlauf 1 den Lenkwinkel an einer Vorderachse des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit dar. Der Lenkwinkel nimmt dabei mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit ab. Weiter stellt der Kurvenverlauf 2 den Lenkwinkel an der Vorderachse in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit zusätzlich bei maximaler Querbeschleunigung dar. Durch die auftretende Querbeschleunigung nimmt der Lenkwinkel mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit weiter ab. Des Weiteren stellt in dem Diagramm in Fig. 1 der Kurvenverlauf 3 den minimalen Bahnradius dar. Bei steigender Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs wird der minimale Bahnradius bzw. der minimal fahrbare Radius durch die vom Reifen des Fahrzeugs physikalisch übertragbare Seitenkraft begrenzt. Aus dem Radstand und dem gewünschten Wendekreis eines Fahrzeuges lässt sich, abgesehen von kinematischen Besonderheiten bei der Ausführung einer Lenkwinkelvorrichtung, der erforderliche Lenkwinkel des gelenkten Rades bzw. bei zweispurigen Fahrzeugen der Lenkwinkel an dem inneren und dem äußeren Rad, beispielsweise nach der Ackermann-Methode, ermitteln. Der maximale Lenkwinkel wird jedoch nur beim Rangieren oder geringen Geschwindigkeiten ausgenutzt. Mit steigender Fahrgeschwindigkeit ist der minimale Bahnradius bzw. der minimale fahrbare Radius durch die vom Reifen physikalisch maximal übertragbare Seitenkraft begrenzt, wie in dem Diagramm in Fig. 1 dargestellt ist. Um bei höheren Geschwindigkeiten das Fahrzeug auf dem physikalisch möglichen Bahnradius zu führen sind geringere Lenkwinkel erforderlich.
Gemäß der Erfindung wird daher, wie im nachfolgenden anhand der Ausführungsformen in den Fig. 2, 3a, 3b und 4a-4c beispielhaft beschrieben, eine Lenkwinkelvorrichtung bereitgestellt, welche zwei voneinander unabhängige Lenksysteme aufweist.
Das erste Lenksystem ist ein mechanisches Lenksystem zur Signal- und Kraftübertragung, wobei das erste Lenksystem optional zusätzlich mit einer nicht dargestellten Lenkkraftunterstützungseinrichtung ausgebildet sein kann. Die Lenkkraftunterstüt- zungseinrichtung ist beispielsweise eine elektromechanische und/oder hydraulische Lenkkraftunterstützungseinrichtung. Die Erfindung ist aber auf diese Beispiele für Lenk- kraftunterstützungseinrichtungen nicht beschränkt. Es kann jede andere Lenkkraftunter- stützungseinrichtung vorgesehen werden, die zur Lenkkraftunterstützung des ersten Lenksystems geeignet ist.
Das zweite Lenksystem ist ein von dem ersten Lenksystem unabhängig einstellbares oder autonomes Lenksystem mit elektrischer Signal- und Kraftübertragung. Hierbei stellt das zweite Lenksystem eine sog. steer-by-wire Lenkung bereit. Dabei besteht keine mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und einer Lenksäuleneinrichtung des Fahrzeugs und dem zweiten Lenksystem. Die Lenkwinkelvorrichtung stellt somit eine mechanische Lenkung durch das erste Lenksystem und eine davon unabhängig einstellbare oder autonome bzw. sog. steer- by-wire Lenkung durch das zweite Lenksystem bereit.
In Fig. 2 ist ein Fahrzeug 4 mit einer Lenkwinkelvorrichtung 5 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Das Fahrzeug 4 weist dabei eine erste und zweite Fahrzeugachse 6, 7 auf, deren Räder 8 jeweils mit dem ersten Lenksystem 9 bzw. mit dem zweiten davon unabhängigen Lenksystem 10 gesteuert oder gelenkt werden. Das erste Lenksystem 9 ist, wie zuvor beschrieben, ein mechanisches Lenksystem zur Signal- und Kraftübertragung. In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, bildet die erste Fahrzeugachse 6 beispielsweise die Vorderachse und die zweite Fahrzeugachse 7 die Hinterachse des Fahrzeugs 4. Ebenso kann jedoch die erste Fahrzeugachse 6 auch die Hinterachse und die zweite Fahrzeugachse 7 die Vorderachse des Fahrzeugs 4 bilden. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung und insbesondere für die anhand der nachfolgenden Fig. 3a, 3b und 4a-4c beschriebenen Ausführungsformen.
Ein Lenkrad 1 1 mit einer Lenksäuleneinrichtung 12 ist mit dem ersten Lenksystem 9 mechanisch gekoppelt. Das erste Lenksystem 9 ist mittels einer ersten Spurstange 1 1 mit einem ersten Radträger 13 des ersten Rads 8 und mit einer zweiten Spurstange 12 mit einem zweiten Radträger 14 des zweiten Rads 8 der ersten Fahrzeugachse 6 gekoppelt. Durch Betätigen der beiden Spurstangen 1 1 , 12 mittels des ersten Lenksystems 9 wird an dem mit dem Radträger 13, 14 verbundenen Rad 8 ein Lenkwinkel eingestellt. Das erste Lenksystem 9 weist hierzu eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung auf, welche die Spurstangen 1 1 , 12 beispielsweise in Querrichtung des Fahrzeugs 4 aus- und einfährt oder verlängert und verkürzt und/oder einen Anbin- dungspunkt(e) der jeweiligen Spurstangen 1 1 , 12 an der Fahrzeugkarosserie verschiebt, um einen Lenkwinkel an dem zugeordneten Rad 8 einzustellen. Die Betätigungseinrichtung kann dabei beispielsweise wenigstens einen Schrittmotor oder einen anderen geeigneten Elektromotor aufweisen, der geeignet ist, die jeweilige Spurstange 1 1 , 12 zu betätigen. Dabei kann für jede der beiden Spurstangen 1 1 , 12 eine eigene oder für beide eine gemeinsame Betätigungseinrichtung vorgesehen werden. Das erste Lenksystem 9 stellt bei Bedarf eine Überlagerungslenkung bereit, bei welcher ein von dem Fahrer eingegebener Lenkwinkel mit einem weiteren vorbestimmten oder definierten Winkel bzw. Lenkwinkel des Lenksystems 9 überlagert wird. Die Lenkwinkelvorrichtung 4 weist hierbei eine Steuerungseinrichtung 15 auf, welche mit der Betätigungseinrichtung oder Betätigungseinrichtungen des erste Lenksystems 9 verbunden ist und diese ansteuert, um die Spurstangen 1 1 , 12 derart zu bewegen, dass dem vom Fahrer durch Drehen des Lenkrads 1 6 eingegebenen Lenkwinkel ein von der Steuerungseinrichtung 15 vorbestimmter Winkel bzw. Lenkwinkel überlagert wird.
Die Steuerungseinrichtung 15 bestimmt beispielsweise mittels einer geeigneten Sensorik, den vom Fahrer durch Drehen des Lenkrads 16 eingestellten Lenkwinkel. Die Sensorik kann beispielsweise wenigstens einen Drehwinkelsensor und/oder einen Drehmomentsensor aufweisen usw. zur Bestimmung des Drehwinkels beim Drehen des Lenkrads 1 6 durch den Fahrer. Des Weiteren bestimmt die Steuerungseinrichtung 15 anhand des eingestellten Lenkwinkels einen geeigneten Winkel bzw. Lenkwinkel zum Überlagern des Lenkwinkels des Fahrers und steuert die Betätigungseinrichtung oder Betätigungseinrichtungen des ersten Lenksystems 9 derart, dass der Lenkwinkel des Fahrers mit diesem Winkel überlagert wird.
Der Winkel bzw. Lenkwinkel, mit welchem der Lenkwinkel des Fahrers überlagert wird, wird beispielsweise derart gewählt, dass die Stabilität oder Fahrweise des Fahrzeugs verbessert wird. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung ist aber auf die genannten Beispiele zur Auswahl eines geeigneten Winkels nicht beschränkt. Geeignete Winkel zur Überlagerung des Lenkwinkels können durch die Steuerungseinrichtung 15 beispielsweise berechnet und/oder abrufbar in einer mit der Steuerungseinrichtung gekoppelten nicht dargestellten Speichereinrichtung abgespeichert sein usw.
Bei einer direkten Lenkung durch den Fahrer erfolgt keine Betätigung der Spurstangen 1 1 , 12 durch die Betätigungseinrichtung(en). Stattdessen werden die Spurstangen 1 1 , 12 durch das Drehen des Lenkrads 1 6 betätigt und ein Lenkwinkel an den Rädern 8 der ersten Fahrzeugachse 6 durch den Fahrer eingestellt. Wie zuvor beschrieben kann das erste Lenksystem 9 optional zusätzlich mit einer nicht dargestellten Lenkkraftunterstützungseinrichtung ausgebildet sein. Die Lenkkraft- unterstützungseinrichtung ist beispielsweise eine elektromechanische und/oder hydraulische Lenkkraftunterstützungseinrichtung und ist derart ausgebildet als Servounter- stützung den Kraftaufwand des Fahrers bei dem direkten Lenken zu reduzieren.
Das zweite Lenksystem 10 ist, wie zuvor beschrieben, ein autonomes Lenksystem zur Signal- und Kraftübertragung. In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, ist das zweite Lenksystem 10 mittels einer ersten Spurstange 1 1 mit einem ersten Radträger 13 des ersten Rads 8 und mit einer zweiten Spurstange 12 mit einem zweiten Radträger 14 des zweiten Rads 8 der zweiten Fahrzeugachse 7 gekoppelt. Zum Einstellen eines Lenkwinkels wird die erste bzw. zweite Spurstange 1 1 , 12 derart bewegt, dass ein vorbestimmter Lenkwinkel an dem jeweiligen Rad 8 eingestellt wird. Dabei kann für jede der beiden Spurstangen 1 1 , 12 eine eigene oder eine gemeinsame Betätigungseinrichtung vorgesehen werden.
Die Betätigungseinrichtung weist, wie zuvor in Bezug auf das erste Lenksystem 9 beschrieben, beispielsweise wenigstens einen Schrittmotor oder einen anderen geeigneten Elektromotor auf, der geeignet bzw. ausgebildet ist, die jeweilige Spurstange 1 1 , 12 zu betätigen.
Die Betätigungseinrichtung(en) ist bzw. sind ebenfalls mit der Steuerungseinrichtung 15 der Lenkwinkelvorrichtung 4 verbunden zum Einstellen eines von der Steuerungseinrichtung 15 vorbestimmten oder definierten Lenkwinkels der Räder 8 der zweiten Fahrzeugachse 7.
Das zweite Lenksystem 10 stellt, wie zuvor beschrieben, eine sog. steer-by-wire Lenkung bereit. Bei einer solchen sog. steer-by-wire Lenkung besteht keine mechanische Verbindung zwischen einer Lenksäuleneinrichtung 17 mit dem Lenkrad 16 und der zweiten Fahrzeugachse 7. Stattdessen wird der Lenkwinkel der Räder 8 der zweiten Fahrzeugachse 7 durch das zweite Lenksystem 10 eingestellt. Die Betätigungseinrich- tung(en) wird bzw. werden durch die Steuerungseinrichtung 15 gesteuert und betätigen die Spurstangen 1 1 , 12 des ersten und zweiten Rads 8 der zweiten Fahrzeugachse 7 derart, um den von der Steuerungseinrichtung 15 vorgegebenen Lenkwinkel einzustellen.
In den Fig. 3a und 3b ist ein Ausschnitt einer der beiden Radträger 13 einer Fahrzeugachse 6 mit einer Lenkwinkelvorrichtung 5 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Fig. 3a zeigt hierbei eine Seitenansicht und Fig. 3b eine Perspektivansicht des Radträgers 13, der mit der Lenkwinkelvorrichtung 5 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung verbunden ist.
Die Fig. 3a und 3b zeigen eine erste Mehrlenkerfahrzeugachse 20, welche wenigstens zwei Querlenker 18, 19 aufweist, die an einem Ende mit dem Radträger 12 und an dem anderen Ende mit dem ersten bzw. zweiten Lenksystem 9, 10 der Lenkwinkelvorrichtung 5 gekoppelt sind. Die Querlenker 18, 19 sind dabei in Längsrichtung des Fahrzeugs oder X-Richtung zur Radmitte beabstandet angeordnet und quer (Y- Richtung) oder im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse orientiert. Die Länge der Querlenker 18, 19 und/oder deren jeweils wenigstens einer nicht dargestellter karosse- rieseitiger Anbindungspunkt sind durch die erfindungsgemäße Lenkwinkelvorrichtung 5 beeinflussbar oder veränderbar.
In dem in den Fig. 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispiel weist die erste Mehrlenkerfahrzeugachse 20 neben den wenigstens zwei Querlenkern 18, 19 beispielsweise drei weitere Lenker 21 , 22, 23 auf, darunter zwei Längslenker 21 , 22 und einen weiteren Querlenker 23. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform einer Mehrlenkerfahrzeugachse 20 beschränkt. Grundsätzlich kann jede Mehrlenkerfahrzeugachse 20 vorgesehen werden, welche wenigstens zwei Querlenker aufweist, die geeignet sind, um mit der Lenkwinkelvorrichtung 5 verbunden und durch diese betätigt zu werden, so dass ein Lenkwinkel der Räder der Fahrzeugachse durch die Querlenker einstellbar ist.
Wie zuvor beschrieben, ist das erste Lenksystem 9 mit einem der beiden Querlenker 18 des jeweiligen Radträgers 13 der Fahrzeugachse 20 verbunden. Das erste Lenksystem 9 ist des Weiteren mit einem Lenkrad 16 und dessen Lenksäuleneinrichtung 17 gekoppelt. Das erste Lenksystem 9 weist ebenfalls wenigstens eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung auf, welche von einer Steuerungseinrichtung 15 der Lenkwinkelvorrichtung 5 gesteuert wird. Die Betätigungseinrichtung 15 ist derart ausgebildet, den zugeordneten Querlenker 18 zu betätigen, um einen von der Steuerungseinrichtung 15 vorbestimmten Lenkwinkel an dem Rad 8 des jeweiligen der beiden Radträger der Fahrzeugachse 20 einzustellen. Die Steuerungseinrichtung steuert beispielsweise zusätzlich auch das nachfolgend beschriebene zweite Lenksystem 10 der Lenkwinkelvorrichtung. Dabei kann für jeden der Querlenker 18 der beiden Räder der Fahrzeugachse 20 eine eigene oder eine gemeinsame Betätigungseinrichtung vorgesehen werden.
Die Betätigungseinrichtung weist beispielsweise wenigstens einen Schrittmotor oder einen anderen geeigneten Elektromotor auf, der geeignet ist, den jeweiligen Querträger 18 zu betätigen.
In dem in Fig. 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispiel wird zum Einstellen des Lenkwinkels an dem Rad 8 der Querlenker 18 durch die zugeordnete Betätigungseinrichtung beispielsweise verlängert und verkürzt oder ein- und ausgefahren, wie mit einem Doppelpfeil Q1 angedeutet ist. Der Querlenker 18 ist beispielsweise durch wenigstens einen Anbindungspunkt an die Karosserie angebunden. Zusätzlich oder alternativ kann daher durch die Betätigungseinrichtung karosserieseitig beispielsweise der nicht dargestellte wenigstens eine Anbindungspunkt des Querlenkers 18 zum Einstellen eines von der Steuerungseinrichtung 15 vorbestimmten Lenkwinkels an dem Rad 8 verschoben werden, beispielswiese hin zu oder weg von dem Radträger 13 und dem Rad 8, um so den Querträger 18 in Querrichtung oder Y-Richtung des Fahrzeugs hin zu oder weg von dem Radträger 13 und dem Rad 8 zu bewegen.
Das erste Lenksystem 9 kann, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben, bei Bedarf eine Überlagerungslenkung bereitstellen, bei welcher ein von dem Fahrer durch Drehen des Lenkrads 1 6 eingegebener Lenkwinkel mit einem weiteren vorbestimmten oder definierten Winkel bzw. Lenkwinkel überlagert wird. Die Steuerungseinrichtung 15 steuert hierbei die Betätigungseinrichtung(en) des ersten Lenksystems 9 an, um den mit der Betätigungseinrichtung verbundenen Querlenker 1 8 des jeweiligen Radträgers 13 der Fahrzeugachse 20 derart zu betätigen, dass dem vom Fahrer durch Drehen des Lenkrads 1 6 eingegebenen Lenkwinkel ein von der Steuerungseinrichtung 15 vorbestimmter Winkel bzw. Lenkwinkel des ersten Lenksystems 9 überlagert wird. Die Steuerungseinrichtung 15 bestimmt, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben, beispielsweise mittels einer geeigneten Sensorik, den vom Fahrer durch Drehen des Lenkrads 1 6 eingestellten Lenkwinkel. Die Sensorik kann hierbei beispielsweise wenigstens einen Drehwinkelsensor und/oder einen Drehmomentsensor aufweisen usw. zur Bestimmung des Drehwinkels beim Drehen des Lenkrads durch den Fahrer.
Der Winkel bzw. Lenkwinkel, mit welchem der Lenkwinkel des Fahrers überlagert wird, ist beispielsweise derart gewählt, dass die Stabilität oder Fahrweise des Fahrzeugs verbessert wird.
Bei einer direkten Lenkung durch den Fahrer erfolgt keine Betätigung des Querlenkers 18 durch die Betätigungseinrichtung. Stattdessen wird die Mehrlenkerachse 20 durch das Drehen des Lenkrads 1 6 betätigt und ein Lenkwinkel durch den Fahrer eingestellt.
Das erste Lenksystem 9 kann ebenfalls optional mit einer zusätzlichen Lenk- kraftunterstützungseinrichtung ausgebildet sein. Die nicht dargestellte Lenkkraftunter- stützungseinrichtung ist, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben, beispielsweise eine elektromechanische und/oder hydraulische Lenkkraftunterstützungseinrichtung und ist derart ausgebildet als Servounterstützung den Kraftaufwand des Fahrers bei der direkten Lenkung zu reduzieren.
Das zweite Lenksystem 10 ist, wie zuvor beschrieben, ein autonomes Lenksystem zur Signal- und Kraftübertragung. In dem in Fig. 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispiel, ist das zweite Lenksystem 10 mit dem zweiten der beiden Querlenker 19 des jeweiligen Radträgers 13 der Mehrlenkerfahrzeugachse 20 verbunden. Das zweite Lenksystem 10 stellt eine steer-by-wire Lenkung bereit. Bei einer solchen sog. steer-by- wire Lenkung besteht keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 1 6 mit dessen Lenksäuleneinrichtung 17 und der Fahrzeugachse 20. Der Lenkwinkel der Räder 8 der Fahrzeugachse 20 wird durch das zweite Lenksystem 10 bereitgestellt. Dabei kann für jeden der beiden Querlenker 19 eine eigene oder eine gemeinsame Betätigungseinrichtung vorgesehen werden. Die nicht dargestellte Betätigungseinrichtung kann, wie zuvor in Bezug auf das erste Lenksystem 9 beschrieben, beispielsweise wenigstens einen Schrittmotor oder einen anderen geeigneten Elektromotor aufweisen, der geeignet bzw. ausgebildet ist, den jeweiligen Querlenker 19 zu betätigen.
Die Betätigungseinrichtung(en) des zweiten Lenksystems 10 wird bzw. werden durch eine Steuerungseinrichtung 15 gesteuert, welche beispielsweise auch die Steuerungseinrichtung 15 für das erste Lenksystem 9 bereitstellt. Die Steuerungseinrichtung 15 steuert die Betätigungseinrichtung(en) derart, dass diese die Querstange 19 des jeweiligen Radträgers 13 der Fahrzeugachse 20 betätigt, um einen von der Steuerungseinrichtung 15 vorgegebenen Lenkwinkel an dem Rad 8 des jeweiligen Radträgers 13 einzustellen. Die jeweilige Betätigungseinrichtung verändert dabei beispielsweise die Länge des Querlenkers 19 und verkürzt oder verlängert die Länge des Querlenkers in Querrichtung des Fahrzeugs, wie durch einen Doppelpfeil Q2 in den Fig. 3a und 3b angedeutet ist, oder bewegt z.B. den Querlenker 19 hin zu dem Rad 8 oder weg von dem Rad 8 in Querrichtung gemäß dem Doppelpfeil Q2, um einen Lenkwinkel des Rads 8 des Radträgers 13 einzustellen. Zusätzlich oder alternativ können durch die Be- tätigungseinrichtung(en) karosserieseitig beispielsweise der nicht dargestellte wenigstens eine Anbindungspunkt des Querlenkers 19 und gegebenenfalls weitere Anbin- dungspunkte der weiteren Lenker 21 , 22, 23 der Mehrlenkerfahrzeugachse verändert oder verschoben werden, z.B. in Querrichtung oder Y-Richtung des Fahrzeugs, zum Einstellen eines von der Steuerungseinrichtung 15 vorbestimmten Lenkwinkels an dem Rad 8 des Radträgers 13.
Bei dem in Fig. 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispiel der Lenkwinkelvorrichtung 5, können das erste und zweite Lenksystem 9, 10 zum Betätigen der Querstangen 18, 19 auch getauscht werden. Des Weiteren kann die zweite nicht dargestellte Fahrzeugachse des Fahrzeugs 4 z.B. ebenfalls als Mehrlenkerfahrzeugachse ausgebildet und hierbei zwei mit dem jeweiligen Radträger verbundene Querlenker mit einer Lenkwinkelvorrichtung, wie sie in dem Ausführungsbeispiel in den Fig. 3a und 3b gezeigt ist, verbunden sein.
In Fig. 4a ist ein Ausschnitt eines Radträgers 13 einer Fahrzeugachse 24 eines Fahrzeugs 4 mit einer Lenkwinkelvorrichtung 5 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Die dritte Ausführungsform der Lenkwinkelvorrichtung 5 gemäß der Erfindung ist, wie in Fig. 4a gezeigt eine Überlagerungs-Lenkwinkelvorrichtung. Bei der Überlage- rungs-Lenkwinkelvorrichtung 5 kann der Lenkwinkel am Rad 8 gemeinsam durch die voneinander unabhängigen ersten und zweiten Lenksysteme 9, 10, durch nur eines der Lenksysteme 9, 10 oder mittels einer direkten Lenkung durch den Fahrer eingestellt werden. Bei einer direkten Lenkung stellt der Fahrer den Lenkwinkel an den Rädern 8 der Fahrzeugachse 24 durch Drehen des Lenkrads 1 6 ein. In diesem Fall, erfolgt keine Überlagerung des Lenkwinkels durch das erste und/oder zweite Lenksystem 9, 10 der Lenkwinkelvorrichtung 5.
Das erste und zweite Lenksystem 9, 10 der Lenkwinkelvorrichtung 5 wirken bei der Lenkwinkelvorrichtung 5 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung auf ein gemeinsames Koppelglied 25. Wie in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4a gezeigt ist, sind das erste und zweite Lenksystem 9, 10 mit dem gemeinsamen Koppelglied 25 gekoppelt. Das gemeinsame Koppelglied 25 ist des Weiteren mit dem Radträger 13 gekoppelt. Hierbei ist das gemeinsame Koppelglied 25 beispielsweise mit einer Spurstange 1 1 gekoppelt, wie in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4a gezeigt ist. Die Spurstange 1 1 ist wiederum mit dem Radträger 13 gekoppelt. In dem in Fig. 4a gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spurstange 1 1 beispielsweise mit einem Achsschenkel 26 des Radträgers 13 verbunden. Der Abstand der Spurstange 1 1 zu dem jeweiligen ersten bzw. zweiten Lenksystem 9, 10 definiert die Übersetzung, d.h. den Einfluss auf den Lenkwinkel am Rad 8. Der Abstand des ersten und zweiten Lenksystems 9, 10 zu der Spurstange 1 1 kann gleich groß oder unterschiedlich groß sein. In dem in Fig. 4a gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen dem ersten Lenksystem 9 und der Spurstange 1 1 größer als zwischen dem zweiten Lenksystem 10 und der Spurstange 1 1 . Es kann sich jedoch auch umgekehrt verhalten und der Abstand zwischen dem ersten Lenksystem 9 und der Spurstange 1 1 kleiner als zwischen dem zweiten Lenksystem 10 und der Spurstange 1 1 sein.
Wie bereits bei den zuvor mit Bezug auf die Fig. 2, 3a und 3b beschriebenen Ausführungsformen der Lenkwinkelvorrichtung 5, ist das erste Lenksystem 9, ein mechanisches Lenksystem zur Signal- und Kraftübertragung. Dabei ist ein Lenkrad 1 6 mit einer Lenksäuleneinrichtung 17 mit dem ersten Lenksystem 9 mechanisch gekoppelt. Das erste Lenksystem 9 weist eine Betätigungseinrichtung zum Steuern der Spurstange 1 1 des Rads 8 auf, welche durch eine nicht dargestellte Steuerungseinrichtung gesteuert wird. Dabei kann für jede der beiden Spurstangen 1 1 der Räder 8 der Fahrzeugachse eine eigene oder eine gemeinsame Betätigungseinrichtung vorgesehen werden. Die Betätigungseinrichtung weist beispielsweise wenigstens einen Schrittmotor oder einen anderen geeigneten Elektromotor auf, der geeignet ist, die jeweilige Spurstange 1 1 zu betätigen.
Die Betätigungseinrichtung(en) wird bzw. werden derart durch die Steuerungseinrichtung gesteuert, dass ein erster Lenkwinkel durch das erste Lenksystem 9 an dem Rad 8 des Radträgers 13 einstellbar ist. Dieser erste Lenkwinkel kann zusätzlich durch einen zweiten Lenkwinkel des zweiten Lenksystems 10 überlagert werden, zum Bereitstellen eines vorbestimmten Lenkwinkels an dem Rad 8, wie in den nachfolgenden Fig. 4b und 4c gezeigt ist.
Das zweite Lenksystem 10 ist, wie zuvor beschrieben, ein autonomes Lenksystem zur Signal- und Kraftübertragung. In dem in Fig. 4a gezeigten Ausführungsbeispiel, ist das zweite Lenksystem 10 mit dem gemeinsamen Koppelglied 25 verbunden. Zum Einstellen des zweiten Lenkwinkels weist das zweite Lenksystem 10 eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung auf, mit welcher das Koppelglied 25 und die mit dem Koppelglied 25 verbundene Spurstange 1 1 derart bewegt wird, dass ein vorbestimmter zweiter Lenkwinkel an dem Rad 8 eingestellt wird. Dabei kann für jede der beiden Spurstangen 1 1 der Räder 8 der Fahrzeugachse 24 eine eigene oder eine gemeinsame Betätigungseinrichtung vorgesehen werden. Die Betätigungseinrichtung weist bei- spielsweise wenigstens einen Schrittmotor oder einen anderen geeigneten Elektromotor auf, der geeignet ist, die jeweilige Spurstange zu betätigen.
Die Betätigungseinrichtung(en) ist bzw. sind ebenfalls mit einer nicht dargestellten Steuerungseinrichtung der Lenkwinkelvorrichtung 5 verbunden, zum Einstellen eines von der Steuerungseinrichtung 25 vorbestimmten oder definierten zweiten Lenkwinkels der Räder 8 der Fahrzeugachse 24. Die Steuerungseinrichtung ist dabei vorzugsweise die Steuerungsvorrichtung welche auch das erste Lenksystem 9 steuert.
Das zweite Lenksystem 10 stellt, wie zuvor beschrieben, eine sog. steer-by-wire Lenkung bereit. Der Lenkwinkel der Räder 8 der Fahrzeugachse 24 wird hierbei durch das zweite Lenksystem 10 eingestellt.
Das erste und zweite Lenksystem 9, 10 können auch eine Überlagerungslenkung bereitstellen, bei welcher ein von dem Fahrer durch Drehen des Lenkrads 1 6 eingegebener Lenkwinkel mit dem durch das erste und zweite Lenksystem 9, 10 vorbestimmten oder definierten Winkel überlagert wird. Wie zuvor beschrieben, setzt sich dieser Winkel aus dem ersten und zweiten Lenkwinkel des ersten und zweiten Lenksystems 9, 10 zusammen. Die Steuerungseinrichtung steuert hierbei die jeweilige Betätigungseinrich- tung(en) des ersten und zweiten Lenksystems 9, 10 derart an, das mit ihnen verbundene Kopplungsglied 25 zu betätigen, dass dem vom Fahrer durch Drehen des Lenkrads 1 6 eingegebenen Lenkwinkel ein von der Steuerungseinrichtung 25 vorbestimmter Winkel durch das erste und zweite Lenksystem 9, 10 überlagert wird.
Wie in den zuvor mit Bezug auf die Fig. 2, 3a und 3b beschriebenen Ausführungsformen bestimmt die Steuerungseinrichtung beispielsweise mittels einer geeigneten Sensorik, den vom Fahrer durch Drehen des Lenkrads 16 eingestellten Lenkwinkel. Des Weiteren bestimmt die Steuerungseinrichtung anhand des eingestellten Lenkwinkels einen geeigneten Winkel bzw. ersten und zweiten Lenkwinkel des erste und zweiten Lenksystems 9, 10 zum Überlagern des Lenkwinkels des Fahrers und steuert die jeweilige Betätigungseinrichtung(en) des ersten und zweiten Lenksystems 9, 10 derart, dass der Lenkwinkel des Fahrers mit diesem Winkel überlagert wird. Wie zuvor beschrieben kann das erste Lenksystem 9 optional zusätzlich mit einer Lenkkraftunterstützungseinrichtung ausgebildet sein. Die nicht dargestellte Lenkkraft- unterstützungseinrichtung ist beispielsweise eine elektromechanische und/oder hydraulische Lenkkraftunterstützungseinrichtung, welche als Servounterstützung den Kraftaufwand des Fahrers bei der direkten Lenkung reduziert.
Die Fig. 4b und 4c zeigen, dass der Lenkwinkel am Rad 8 durch beiden Lenksysteme 9, 10 gebildet oder überlagert werden kann.
In dem in Fig. 4b gezeigten Ausführungsbeispiel bewegt das erste Lenksystem 9 durch seine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung(en) das eine Ende des Koppelglieds 25 in Richtung des Rads 8 und das zweite Lenksystem 10 das andere Ende des Koppelglieds 25 weg von dem Rad 8, wie durch die Pfeile P1 , P2 in Fig. 4b angedeutet ist. Entsprechend wird die Spurstange 1 1 durch das Koppelglied 25 bewegt und ein Lenkwinkel an dem Rad 8 durch das erste und zweite Lenksystem 9, 10 eingestellt.
Umgekehrt bewegt in dem in Fig. 4c gezeigten Ausführungsbeispiel das erste Lenksystem 9 durch seine Betätigungseinrichtung(en) das eine Ende des Koppelglieds 25 weg von dem Rad 8 und das zweite Lenksystem 10 das andere Ende des Koppelglieds 25 hin zu dem Rad 8, wie durch die Pfeile P1 , P2 in Fig. 4a angedeutet ist. Entsprechend wird die Spurstange 1 1 durch das Koppelglied 25 bewegt und ein anderer Lenkwinkel an dem Rad 8 durch das erste und zweite Lenksystem 9, 10 eingestellt.
Im nachfolgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der zuvor mit Bezug auf die Fig. 2, 3a, 3b und 4a-4c beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lenkwinkelvorrichtung beschrieben.
In einem Ausführungsbeispiel der zuvor anhand der Figuren beschriebenen erfindungsgemäßen Lenkwinkelvorrichtung kann das zweite Lenksystem 10 der Lenkwinkelvorrichtung 5, welches eine steer-by-wire Lenkung bereitstellt, beispielsweise abhängig von wenigstens einem oder mehreren Parametern angesteuert werden zum Bereitstellen eines Lenkwinkels an dem jeweiligen Rad einer Fahrzeugachse. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lenkwinkelvorrichtung 5 kann das zweite Lenksystem 10 einen Lenkwinkel an dem zugeordneten Rad abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit einstellen. Beispielsweise kann wenigstens ein Geschwindigkeitsschwellenwert vorgeben werden bis zu dem das zweite Lenksystem betätigt wird, zum Einstellen eines Lenkwinkels an einem zugeordneten Rad.
Der Geschwindigkeitsschwellenwert kann beispielsweise derart festgelegt sein, dass er unterhalb oder auf der gesetzlich zulässigen Geschwindigkeitsgrenze für sog. steer-by-wire Lenkungssystemen liegt. Aktuell liegt diese Geschwindigkeitsgrenze gemäß ECE-R-79 bei 50km/h. Somit kann die vorbestimmte Geschwindigkeitsschwelle z.B. 50km/h betragen oder z.B. einen Wert in einem Bereich von 40km/h bis 49km/h aufweisen. Die Erfindung ist jedoch auf eine Geschwindigkeitsschwelle von 50km/h o- der kleiner 50km/h nicht beschränkt und es kann jeder andere Wert, einschließlich eines Wert von größer 50km/h, vorgesehen werden, welcher als Geschwindigkeitsschwelle für sog. steer-by-wire Lenkungssystem geeignet ist oder z.B. durch eine gesetzliche Vorgabe vorgegeben ist usw.
Der Geschwindigkeitsschwellenwert bis zu der das zweite Lenksystem 10 zum Einstellen eines Lenkwinkels bei einem Rad betätigt wird, kann sowohl als fester oder unveränderlicher Wert vorgegeben werden oder variabel gestaltet sein. Beispielsweise kann der Geschwindigkeitsschwellenwert abhängig von wenigstens einem oder mehreren Parametern durch einen Algorithmus oder wenigstens eine Funktion der Steuerungsvorrichtung des zweiten Lenksystems bestimmt oder angepasst werden. Beispielsweise kann der Geschwindigkeitsschwellenwert in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter, wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Reibwert der Straße, auftretendem Regen, der Umgebungstemperatur usw. durch die Steuerungseinrichtung bestimmt oder angepasst werden. Derartige Parameter wie die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Reibwert der Straße, das Auftreten von Regen oder die Umgebungstemperatur usw. können über entsprechende Sensoren im Fahrzeug erfasst und als Signale oder Daten der Steuerungseinrichtung zugeführt werden. Die genannten Parameter sind lediglich beispielhaft und die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Des Weiteren kann der Geschwindigkeitsschwellenwert eine Hysterese aufweisen. Der Geschwindigkeitsschwellenwert kann dabei für steigende Geschwindigkeiten eine andere Hysterese aufweisen als für sinkende Geschwindigkeiten.
Ebenso kann in einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Geschwindigkeitsschwellenwert durch einen Fahrzeugbenutzer selbständig festgelegt und/oder verändert werden. Hierbei kann der Fahrzeugbenutzer, vorzugsweise der Fahrer oder Fahrzeugeigentümer, beispielsweise bevor er den Geschwindigkeitsschwellenwert in einer zugeordneten Eingabeeinrichtung des Fahrzeugs einstellt oder verändert, informiert oder aufgeklärt werden, z.B. über eine Haftungsübernahme, mittels beispielsweise eines akustischen und/oder optischen Gerätes in dem Fahrzeug. Die Eingabeeinrichtung zur Eingabe des neuen Geschwindigkeitsschwellenwerts durch den Fahrzeugbenutzer ist mit der Steuerungseinrichtung des ersten und zweiten Lenksystems gekoppelt ist. Optional kann die Eingabeeinrichtung eine Authentifizierungsein- richtung für den Fahrzeugbenutzer aufweisen, beispielsweise einen Fingerabdruckleser usw.. Auf diese Weise kann beispielsweise erzielt werden, dass die Einstellung oder Veränderung des Geschwindigkeitsschwellenwerts nur von bestimmten Personen, wie z.B. dem Fahrzeugeigentümer, durchgeführt werden kann. Der Wert für den Geschwindigkeitsschwellenwert kann nach der Eingabe in die Eingabeeinrichtung und gegebenenfalls einer zusätzlichen optionalen Sicherheitsabfrage, auf den neuen Wert eingestellt werden, wobei der Wert dabei sowohl unterhalb als auch gegebenenfalls oberhalb der gesetzlich zulässigen Grenzen eingestellt werden kann. Durch die Sicherheitsabfrage kann beispielsweise vor dem Einstellen des neuen Geschwindigkeitsschwellenwerts bestimmt werden, ob der eingegebene Geschwindigkeitsschwellenwert zulässig oder ein nicht akzeptables Sicherheitsrisiko darstellt und daher eine Einstellung auf diesen Wert beispielsweise nicht durchgeführt oder abgebrochen wird. Die Daten zur Verstellung des Geschwindigkeitsschwellenwerts können optional als ein beliebiges geeignetes Signal, beispielsweise durch ein Funksignal oder ein anderes geeignetes drahtloses Signal, an eine datenverarbeitende Vorrichtung, z.B. einen externen Server, außerhalb des Fahrzeuges übertragen werden. Beispielsweise können die Daten der Verstellung des Geschwindigkeitsschwellenwerts als E-Mail Nachricht, Fax-Nachricht usw. an die datenverarbeitende Vorrichtung gesendet werden. In einer weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lenkwinkelvorrichtung ist das zweite Lenksystem 10, welches eine steer-by-wire Lenkung bereitstellt, beispielsweise oberhalb der vorbestimmten Geschwindigkeitsschwelle in einer Geradeausstellung, der durch das Lenksystem einstellbaren Räder, blockierbar, beispielsweise mechanisch blockierbar, ausgebildet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lenkwinkelvorrichtung 5 weist das zweite Lenksystem 10 optional eine zusätzliche in den Figuren nicht dargestellte Rücksteilvorrichtung auf, die bei einem Ausfall des Signal- oder Kraftpfades des zweiten Lenksystems die Geradeausstellung der durch das Lenksystem einstellbaren Räder oder Radachse anfährt und verriegelt. Die Rückstellung der mit dem zweiten Lenksystem verbundenen Räder durch die Rücksteilvorrichtung in eine Geradeausstellung kann hierbei beispielsweise durch ein elastisches Element erfolgen, z.B. mittels wenigstens einem Federelement. Ebenso kann eine Rückstellkraft, beispielsweise ein Lenkrückstellmoment, der Rücksteilvorrichtung zum Zurückstellen der Räder in die Geradeausstellung durch fahrdynamische und/oder statische Kräfte des Fahrwerks erfolgen. In einer weiteren Variante kann die Rückstellbewegung der Rück- stellvorrichtung zum Bewegen der Räder in die Geradeausstellung optional durch wenigstens ein zusätzliches Dämpfungselement gedämpft werden. Die Dämpfung mittels des Dämpfungselements kann beispielsweise periodisch oder aperiodisch erfolgen. In einer weiteren Variante kann die Rückstellung durch wenigstens einen bezüglich der Lenkwinkelvorrichtung redundant ausgeführten Aktuator erfolgen, beispielsweise einen mechanischen, elektromechanischen, hydraulischen, pneumatischen und/oder elektromagnetischen Aktuator.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lenkwinkelvorrichtung wird die Lenkwinkelvorgabe bzw. der Lenkwinkel an dem zugeordneten Rad der Fahrzeugachse, beispielsweise oberhalb des vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellenwerts, allein durch das erste Lenkungssystem 9 umgesetzt, welches eine mechanische Lenkung bereitstellt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lenkwinkelvorrichtung 5 kann die Lenkwinkelvorgabe oder Vorgabe eines Fahrtrichtungs- wunschs oberhalb des vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellenwerts, die beispielsweise allein durch das erste Lenksystem 9 nicht umsetzbar ist, durch radindividuelle Bremseingriffe umgesetzt werden.
Das erste Lenksystem 9 kann beispielsweise auf einen Lenkwinkel in einem Bereich z.B. zwischen 5° und 10° oder optional 45° an dem jeweils zugeordneten Rad begrenzt sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lenkwinkelvorrichtung 5 kann die Lenkwinkelvorgabe bzw. der an dem jeweiligen Rad einzustellende Lenkwinkel bei einem Unterschreiten des Geschwindigkeitsschwellenwerts anteilig aus dem ersten Lenksystem, welches eine mechanische Lenkung bereitstellt, und dem zweiten Lenksystem, welches eine steer-by-wire Lenkung einstellt, bereitgestellt werden. Dieses Ausführungsbeispiel findet bei der zuvor mit Bezug auf die Fig. 4a-4c beschriebenen Lenkwinkelvorrichtung Anwendung, bei welcher die Räder einer Fahrzeugachse jeweils mit dem ersten und zweiten Lenksystem gekoppelt sind und ein Lenkwinkel an dem jeweiligen Rad durch beide Lenksysteme gemeinsam eingestellt wird. In einer Variante können sich die Anteile der durch das erste und zweite Lenksystem umgesetzten Lenkwinkel proportional oder allgemein als Funktion zur Differenz zwischen aktueller Fahrgeschwindigkeit und dem vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellenwert verhalten.
In einer weiteren Variante bzw. Ausführungsbeispiel können die Anteile der umgesetzten Lenkwinkel durch das erste und zweite Lenksystem 9, 10 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit als Parameter und wenigstens einem weiteren Parameter berechnet werden, beispielsweise mittels eines geeigneten Algorithmus. Ein weiterer Parameter ist beispielsweise der Reibwert des Fahrbahn, die Umgebungstemperatur usw.. Diese Parameter können über geeignete Sensoren im Fahrzeug direkt oder indirekt bestimmt und die Daten hierzu als Signal an die Steuerungseinrichtung der Lenksysteme weitergeleitet werden.
In einer anderen Variante kann der Lenkwinkel als Summe aus dem Lenkwinkel des ersten Lenksystems 9 und dem Lenkwinkel des zweiten Lenksystems 10 auf einen vorbestimmten Wert beschränkt werden. Der Wert des vorbestimmten Lenkwinkels wird dabei beispielsweise durch die physikalisch umsetzbare maximale Seitenkraft beschränkt.
Gemäß einer weiteren Variante kann in einem Fahrgeschwindigkeitsbereich von 0km/h bis zum vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellenwert der Lenkwinkel am Rad abnehmend vorgesehen werden, wobei der Lenkwinkel durch das zweite Lenksystem als steer-by-wire Lenkung eingestellt wird. Die Abnahme des Lenkwinkels kann dabei beispielsweise linear oder gemäß einer anderen geeigneten mathematischen Funktion auch zumindest teilweise nichtlinear abnehmen.
In einer weiteren Variante kann der Übergang des an dem jeweiligen Rad durch die Lenkwinkelvorrichtung einstellbaren Lenkwinkels als Funktion der Fahrgeschwindigkeit im Bereich des Geschwindigkeitsschwellenwerts beispielsweise einen harmonischen oder mathematisch stetigen Verlauf aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkwinkelvorrichtung können das erste und zweite Lenksystem an unterschiedlichen Fahrzeugachsen des Fahrzeugs wirken, wie beispielhaft in Fig. 2 gezeigt ist. Bei Fahrzeugen mit beispielsweise mehr als zwei Achsen kann jedes Lenksystem unterschiedliche, jedoch mehrere der Achsen gleichzeitig beeinflussen.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung unter anderem den Vorteil, dass ein Lenkwinkel an Rädern eines Fahrzeugs gezielt mittels der Lenkwinkelvorrichtung eingestellt werden kann, da die mechanische Lenkung und die steer-by-wire Lenkung der Lenkwinkelvorrichtung unabhängig voneinander erfolgen kann. Dadurch kann ein geeigneter Lenkwinkel an den Rädern über einen großen Fahrgeschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs geeignet eingestellt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Lenkwinkelvorrichtung, sowie die beschriebenen Ausführungsbeispiele und Varianten davon sind miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon. Beispielsweise können an einer Fahrzeugachse die Lenkwinkel der beiden Räder mittels der Lenkwinkelvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, wie sie mit Bezug auf Fig. 3a und 3b, beschrieben wurde, eingestellt werden und die Lenkwinkel der beiden Räder der Fahrzeugachse, statt ebenfalls mit der Lenkwinkelvorrichtung gemäß Fig. 3a und 3b, mit der Lenkwinkelvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform gemäß der Fig. 4a-4c. Ebenso kann die Lenkwinkelvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, wie sie in Fig. 2 beschrieben ist, auch mit der zweiten und/oder dritten Ausführungsform kombiniert werden, indem beispielsweise das erste Lenksystem an der einen Fahrzeugachse mit dem zweiten Lenksystem gemäß der zweiten oder dritten Ausführungsform der Lenkwinkelvorrichtung kombiniert wird. Gleiches gilt für das zweite Lenksystem der ersten Ausführungsform, wie es in Fig. 2 beschrieben ist. Dieses kann mit dem ersten Lenksystem gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform der Lenkwinkelvorrichtung kombiniert werden. Grundsätzlich können die Lenkwinkel der Räder beider Fahrzeugachsen eines Fahrzeugs mittels der erfindungsgemäßen Lenkwinkelvorrichtung eingestellt werden oder auch nur der Lenkwinkel der Räder einer Fahrzeugachse.
Bezuqszeichen
erster Kurvenverlauf zweiter Kurvenverlauf dritter Kurvenverlauf Fahrzeug Lenkwinkelvorrichtung Erste Fahrzeugachse Zweite Fahrzeugachse Rad
Erstes Lenksystem
10 Zweites Lenksystem
1 1 Erste Spurstange
12 Zweite Spurstange
13 Erster Radträger
14 Zweiter Radträger
15 Steuerungseinrichtung
16 Lenkrad
17 Lenksäuleneinrichtung
18 Erster Querlenker
19 Zweiter Querlenker 0 Mehrlenkerfahrzeugachse
21 Erster Längslenker
22 Zweiter Längslenker
23 Dritter Querlenker
24 Fahrzeugachse
25 Koppelglied
26 Achsschenkel
P1 , P2, Q1 , Q2 Pfeile

Claims

Patentansprüche
1 . Lenkwinkelvorrichtung (5) für ein Kraftfahrzeug (4), gekennzeichnet durch ein erstes mechanisches Lenksystem (9), welches wenigstens eine Betätigungseinrichtung aufweist zum Einstellen eines Lenkwinkels an zwei Rädern (8) einer ersten Fahrzeugachse (6, 20, 24), und eine Steuerungseinrichtung (15) zum Steuern der Betätigungseinrichtung, und durch ein zweites steer-by-wire Lenksystem (10), welches wenigstens eine Betätigungseinrichtung aufweist zum Einstellen eines Lenkwinkels an den zwei Rädern (8) der ersten Fahrzeugachse (6, 20, 24) oder zwei Rädern (8) einer zweiten Fahrzeugachse (7, 20, 24), und eine Steuerungseinrichtung (25) zum Steuern der Betätigungseinrichtung, wobei der Lenkwinkel an den zwei Rädern (8) der jeweiligen Fahrzeugachse (6, 7, 20, 24) durch das erste und das zweite Lenksystem (9, 10) voneinander unabhängig einstellbar ist.
2. Lenkwinkelvorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Lenksystem (9, 10) eine Betätigungseinrichtung zum Einstellen des Lenkwinkels beider Räder (8) der Fahrzeugachse (6, 7, 20, 24) aufweist oder zwei Betätigungseinrichtungen aufweist, wobei jede Betätigungseinrichtung den Lenkwinkel eines Rads (8) der Fahrzeugachse (6, 7, 20, 24) einstellt, insbesondere wobei die jeweilige Betätigungseinrichtung einen Elektromotor oder Schrittmotor umfasst.
3. Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 -2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Lenksystem (9, 10) eine gemeinsame Steuerungseinrichtung (25) zum Steuern der Betätigungseinrichtungen aufweist.
4. Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung des jeweiligen Lenksystems (9, 10) mit einem Querlenker (18, 19) oder einer Spurstange (1 1 , 12) eines Radträgers (13, 14) der Fahrzeugachse (6, 7, 20, 24) koppelbar ist.
5. Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Lenksystem (9, 10) durch ein gemeinsames Koppelglied (25) mit dem Radträger (13, 14) des Rades (8) der Fahrzeugsachse (6, 7, 20, 24) koppelbar sind, wobei ein Lenkwinkel an dem Rad (8) durch Betätigen des gemeinsamen Koppelglieds (25) durch das erste und zweite Lenksystem (9, 10) einstellbar ist, wobei hierbei ein erster Lenkwinkel des ersten Lenksystems (9) einem zweiten Lenkwinkel des zweiten Lenksystems (10) überlagerbar ist und umgekehrt, und wobei das erste und zweite Lenksystem (9, 10), insbesondere durch eine mit dem Koppelglied (25) verbundene Spurstange (1 1 ), mit dem Radträger (13) koppelbar sind.
6. Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 -5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lenksystem (9) mit einem Lenkrad (16) und einer Lenksäuleneinrichtung (17) des Lenkrads mechanisch koppelbar ist, wobei ein Lenkwinkel des ersten Lenksystems (9) einem durch Drehen des Lenkrads (1 6) eingegebenen Winkel überlagerbar ist.
7. Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (15) ausgebildet ist, um den durch das zugeordnete Lenksystem (9, 10) einzustellenden Lenkwinkel abhängig von wenigstens einem Parameter zu bestimmen, wobei der Parameter insbesondere die Fahrgeschwindigkeit ist.
8. Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (15) derart ausgebildet ist, sodass diese in Abhängigkeit von einem Geschwindigkeitsschwellenwert das erste Lenksystem (9) und/oder das zweite Lenksystem (10) steuert, um einen Lenkwinkel an einem jeweiligen Rad (8) durch das erste und/oder zweite Lenksystem (9, 10) einzustellen, insbesondere wobei die Steuerungseinrichtung (15) ausgebildet ist, das erste Lenksystem (9) und/oder das zweite Lenksystem (10) unterhalb oder bis zum Erreichen des Geschwindigkeitsschwellenwerts zu steuern, um einen Lenkwinkel an einem jeweiligen Rad (8) durch das erste und/oder zweite Lenksystem (9, 10) einzustellen und vorzugsweise wobei die Steuerungseinrichtung (15) ausgebildet ist nur das erste Lenksystem (9) zu steuern, um einen Lenkwinkel an einem jeweiligen Rad (8) durch das erste Lenksys- tem (9) einzustellen, wenn der Geschwindigkeitsschwellenwert überschritten ist.
9. Lenkwinkelvorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, Anteile eines ersten Lenkwinkels des ersten Lenksystems (9) und eines zweiten Lenkwinkels des zweiten Lenksystems (10), welche zusammen an den Rädern (8) einer gemeinsamen Fahrzeugachse (20) einstellbar sind festzulegen in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einer tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit und dem Geschwindigkeitsschwellenwert, in Abhängigkeit von einer maximal möglichen Seitenkraft auf die Räder und/oder in Abhängigkeit von wenigstens der Fahrgeschwindigkeit.
10. Lenkwinkelvorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Geschwindigkeitsschwellenwert unveränderlich oder variabel einstellbar ist, insbesondere wobei der Geschwindigkeitsschwellenwert durch einen Fahrzeuginsassen und/oder die jeweilige Steuerungseinrichtung (25) veränderbar ist.
1 1 . Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Geschwindigkeitsschwellenwerts zumindest teilweise eine Form einer Hysterese beschreibt, insbesondere wobei die Hysterese für eine steigende Fahrgeschwindigkeit und eine sinkende Fahrgeschwindigkeit gleich oder unterschiedlich ist.
12. Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lenksystem (10) in eine Position bewegbar und darin blockierbar ist, in welcher die dem zweiten Lenksystem (10) zugeordneten Räder (8) einer Fahrzeugachse (6, 7, 20, 24) in einer Geradeausstellung sind, wobei das zweite Lenksystem (10) insbesondere oberhalb des Geschwindigkeitsschwellenwerts oder bei Ausfall der Steuerungseinrichtung (15) des zweiten Lenksystems (10) in diese Position bewegbar und darin blockierbar ist.
13. Lenkwinkelvorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lenksystem (10) durch eine Rücksteilvorrichtung in die Position bewegbar und darin blockierbar ist, in welcher die dem zweiten Lenksystem (10) zugeordneten Räder (8) einer Fahrzeugachse (6, 7, 20, 24) in einer Geradeausstellung sind, wobei die Rücksteilvorrichtung insbesondere wenigstens ein elastisches Element und/oder, wenigstens einen Aktuator, insbesondere wenigstens einen Elektromotor, zum Zurückstellen des zweiten Lenksystems aufweist.
14. Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lenksystem (10) mittels fahrdynamischer und/oder statischer Kräfte eines Fahrwerks als Lenkrückstellmoment in die Position zurückstellbar ist.
15. Lenkwinkelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lenksystem (10) wenigstens ein Dämpfungselement zum Dämpfen der Zurückstellung des Lenksystems durch die Rücksteilvorrichtung um- fasst.
1 6. Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personen- oder ein Lastkraftwagen, mit wenigstens einer Lenkwinkelvorrichtung (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Einstellung eines Lenkwinkels der Räder (8) wenigstens einer Fahrzeugachse (6, 7, 20, 24), wobei das Kraftfahrzeug wenigstens zwei Fahrzeugachsen (6, 7, 20, 24) aufweist.
17. Verfahren zum Einstellen eines Lenkwinkels an zwei Rädern (8) wenigstens einer Fahrzeugachse (6, 7, 20, 24) eines Kraftfahrzeugs mit einer Lenkwinkelvorrichtung (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15.
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