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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen
einer elektromechanischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei die
Lenkung ein Stellglied umfasst, das eine eine Lenkbewegung hemmende
geregelte Kraft auf die Lenkung ausüben kann, umfassend
eine Steuereinheit zum Erzeugen eines Stellsignals zum Beeinflussen
der von dem Stellglied auf die Lenkung ausgeübten Kraft, wobei
die Steuereinheit ausgebildet ist, das Stellsignal in Abhängigkeit
von einer ermittelten Lenkgeschwindigkeit zu erzeugen.
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Kraftfahrzeuge
mit elektromagnetischen Lenkeinrichtungen, bei welchen ein Unterstützungsmoment
durch ein Stellglied, beispielsweise einen elektrischen Servomotor,
zusätzlich zu einem durch einen Fahrer mittels eines Lenkrads über
eine durchgehende mechanische Verbindung vorgegebenes Lenkmoment
aufgebracht wird, sind bereits bekannt.
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Beispielsweise
sind aus der
DE 197
13 576 A1 Lenksysteme für ein Kraftfahrzeug mit
mindestens einem lenkbaren Rad, einem Stellantrieb und einem Überlagerungsgetriebe
bekannt, wobei mittels des Überlagerungsgetriebes die durch
die den Fahrer initiierte Lenkbewegung und die durch den Stellantrieb
initiierte Bewegung zur Erzeugung der Lenkbewegung des lenkbaren
Rades überlagert werden. Bei dem Stellantrieb handelt es
sich üblicherweise um einen lagegeregelten Motor, insbesondere
einen Elektromotor.
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Andere
Lenkungen besitzen elektrohydraulisch betriebene Stellglieder, die
einen Lenkvorgang unterstützen.
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Allgemein
sind Lenkungen so ausgebildet, dass sie Endanschläge besitzen,
die eine Einlenkbewegung der lenkbaren Räder begrenzen.
Diese Endanschläge können mechanisch ausgebildet
sein. Da im Fahrbetrieb große Kräfte auf diese
mechanischen Endanschläge einwirken können, wenn
die Lenkung maximal "eingeschlagen" ist, ist es aus dem Stand der
Technik ferner bekannt, so genannte softwaretechnisch ausgebildete
Endanschläge zusätzlich zu den mechanischen Endanschlägen
vorzusehen. Als softwaretechnisch ausgebildete Endanschläge
werden im Folgenden solche Systeme angesehen, bei denen über
ein Stellglied eine eine Lenkbewegung hemmende Kraft aufgebracht
wird, die in Abhängigkeit von einer Annäherung
einer Lenkungsstellung an eine Endanschlagstellung in der Weise
zunimmt, dass sie einer Lenkbewegung, die die Lenkung in die Endanschlagstellung
bewegt, entgegenwirkt, d. h. diese hemmt. Dieses bedeutet, dass
die softwaretechnisch ausgebildeten Endanschläge nach einem Feder-Dämpfer-Prinzip
arbeiten.
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Aus
der
DE 101 45 982
A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung
des Widerstandes gegen eine Bewegung einer Lenkwelle, die betreibbar
ist, um sich als eine Funktion einer Bedienereingabe zu bewegen,
bekannt. Ein Positionssensor wird mit der Lenkwelle gekoppelt und überträgt
ein Wellenpositionssignal als eine Funktion der Position der Lenkwelle.
Eine Verarbeitungsvorrichtung ist mit dem Positionssensor gekoppelt,
um das Wellenpositionssignal aufzunehmen, und überträgt
ein Widerstandssignal als eine Funktion des Wellenpositionssignals.
Eine Widerstandsvorrichtung ist mit der Verarbeitungsvorrichtung
gekoppelt, um das Widerstandssignal aufzunehmen, und ist mit der
Lenkwelle gekoppelt, wobei die Widerstandsvorrichtung der Bewegung
der Lenkwelle als eine Funktion des Widerstandssignals Widerstand
bietet. Dort ist ferner vorgeschlagen, das Widerstandssignal als
Funktion der Veränderungsrate der Wellenposition, beispielsweise der
Geschwindigkeit, auszubilden.
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Aus
der
EP 1 300 321 A1 ist
ein Verfahren zum Steuern einer Dämpfung eines elektrisch
unterstützten Lenksystems bekannt, wobei ein Parameter (α)
zum Berechnen einer Stromstärke zum Steuern der Dämpfung
wie folgt definiert ist: mittels eines ersten Dämpfungsgesetzes
(A1), wenn das Steuerrad auf seinen Nullpunkt zubewegt wird, und
mittels eines zweiten Gesetzes (A2), wenn es von seiner Nullstellung
wegbewegt wird, und mittels eines speziellen Dämpfungsgesetzes
in einem winkelmäßigen Übergangsbereich
(α1–α2), wenn die Dämpfungsart von
dem ersten zu dem anderen Gesetz wechselt.
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Unbefriedigend
gelöst ist im Stand der Technik das Problem, dass die bekannten
mechanischen Endanschläge kombiniert mit den so genannten
softwaretechnisch realisierten Endanschlägen bei extremen
Fahrsituationen nicht in der Lage sind, die auftretenden Kräfte
so abzubremsen, dass keine Beschädigungen an der Lenkung
auftreten. Insbesondere bei so genannten Fluchtwendungen, bei denen aus
einer Rückwärtsfahrbewegung durch eine kombinierte
Lenk- und Bremsbetätigung die Richtung des Kraftfahrzeugs
auf der Straße um 180° gewendet wird, können
hohe Lenkgeschwindigkeiten auftreten. Die bei der Abbremsung solcher
Lenkgeschwindigkeiten auftretenden Beschleunigungen (Verzögerungen)
und hiermit verknüpften Kräfte können
durch einen gebräuchlichen mechanisch realisierten Endanschlag,
der durch einen softwaretechnisch ausgebildeten Endanschlag unterstützt
ist, nicht adäquat abfangen werden.
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Würde
man den Bereich, in dem der softwaretechnische ausgebildete Endanschlag
zu wirken beginnt, vergrößern, d. h. bei einer
Lenkstellung einsetzen lassen, die weiter von der Endanschlagsstellung
entfernt ist, so könnten zwar Beschädigungen an
der Lenkung reduziert oder ausgeschlossen werden, jedoch würde
hierdurch ein Lenkkomfort stark abgesenkt. Ein starkes Einlenken
der Kraftfahrzeugräder bis zum Endanschlag wäre
in einem solchen Fall nur durch einen gesteigerten Kraftaufwand
seitens des Fahrers möglich. Gerade in kritischen Fahrsituationen
soll jedoch die Lenkung leichtgängig sein, d. h. ohne einen
großen Kraftaufwand des Fahrers betätigbar sein.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung
und ein verbessertes Fahren zum Schützen einer elektromechanischen
Lenkung eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, mit denen in jeder Fahrsituation
eine Veränderung der Lenkstellung ohne einen übermäßigen
Kraftaufwand möglich ist und dennoch ein zuverlässiger
Schutz der Lenkung gegenüber Beschädigungen in
normalen Fahrsituationen gewährleistet ist, wenn die Lenkung in
ihre Endanschlagstellungen bewegt wird.
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Die
technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein
Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Hierbei
ist vorgesehen, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, ein Handlenkmomentsignal
zu erfassen und das Stellsignal zusätzlich in Abhängigkeit
eines mittels des Handlenkmomentsignals repräsentierten
Handlenkmoments zu erzeugen. Dies bedeutet, dass von der Steuereinheit
ein Handlenkmomentsignal erfasst wird, welches ein Maß für
ein von dem Fahrer ausgeübtes Handlenkmoment ist, und das
Stellsignal zusätzlich in Abhängigkeit eines aus dem
Handlenkmomentsignal ermittelten Handlenkmoments erzeugt wird. Hierdurch
kann erreicht werden, dass in kritischen Situationen, in denen ein
Fahrer ein hohes Handlenkmoment aufbringt, die diesem Lenkmoment
entgegenwirkende hemmende Kraft anders festgelegt ist, beispielsweise
niedriger, als dieses für eine aktuelle Lenkgeschwindigkeit
und Stellung der Lenkung bezüglich ihres Endanschlags vorgesehen
ist. Somit sind in Gefahrensituationen kontrollierte Lenkbewegungen
ohne einen erhöhten Kraftaufwand mit hohen Lenkgeschwindigkeiten
und auch nahe den Endbereichen der Lenkung möglich.
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Als
Lenkgeschwindigkeit wird hierbei die Geschwindigkeit angesehen,
mit der sich eine Zahnstange oder beispielsweise eine Lenkwelle
bewegt, die ein Einlenken der Fahrzeugräder bewirkt.
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Die
Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Lenkung in
einen Bereich, in dem eine von der Stellung der Lenkung abhängige
hemmende Krafteinwirkung erzeugt wird, nur mit einer vorgegebenen
maximalen Lenkgeschwindigkeit eintritt. Dies bedeutet, dass vorzugsweise
das Stellsignal so erzeugt wird, dass über die hemmende
Kraft eine Lenkgeschwindigkeit unterhalb eines Grenzwerts beschränkt
wird, der vorzugsweise so gewählt ist, dass der softwaretechnisch
realisierte, nach dem Feder-Dämpfer-Prinzip arbeitende
Endanschlag die zum Abbremsen einer mit einer solchen begrenzten Lenkgeschwindigkeit
bewegten Lenkung erforderlichen Kräfte bereitstellen kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Steuereinheit daher so ausgebildet, das Stellsignal so zu erzeugen,
dass eine steigende hemmende Kraft des Stellglieds bei steigender
ermittelter Lenkgeschwindigkeit angefordert wird, sofern das ermittelte
und mittels des Handlenkmomentsignals repräsentierte Handlenkmoment
konstant ist. Dies bedeutet, dass bei Außerachtlassung
des aktuellen Handlenkmoments eine hemmende Wirkung mit steigender
Lenkgeschwindigkeit zunimmt. Hierbei kann die Vorrichtung so ausgebildet
sein, dass eine hemmende Wirkung erst ab einer Schwellengeschwindigkeit
der Lenkung einsetzt. In einem solchen Fall können Lenkbewegungen
mit Lenkgeschwindigkeiten unterhalb der Schwellengeschwindigkeit
(außer gegebenenfalls in Wirkbereichen der softwaretechnisch
realisierten Endanschläge) widerstandsfrei ausgeführt
werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stellsignal,
sofern das Handlenkmoment konstant ist, proportional zu einer Dämpfung,
die eine Funktion eines Betrags der Lenkgeschwindigkeit ist, wobei
die Dämpfung monoton mit dem Betrag der Lenkgeschwindigkeit
zunimmt. Die Dämpfung ist somit eine Funktion des Betrags
der Lenkgeschwindigkeit. Diese Funktion muss nicht stetig sein,
kann z. B. Stufen aufweisen, muss jedoch in jedem Falle monoton
sein, so dass bei einer höheren Lenkgeschwindigkeit auf
keinen Fall eine niedrigere Dämpfung auftreten kann als
bei der betragsmäßig niedrigen Lenkgeschwindigkeit.
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Das
Stellsignal wird bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung so erzeugt, dass die angeforderte hemmende Kraft umso
kleiner ist, je größer das mittels des Handlenkmomentsignals
repräsentierte Handlenkmoment ist. Berücksichtigt man
die unterschiedlichen Faktoren, die bei der Erzeugung des Stellsignals
berücksichtigt werden, so ist eine stärkere Reduzierung
bei hohen Handlenkmomenten und eine geringere Reduzierung der hemmenden
Wirkung bei nur geringen Handlenkmomenten sinnvoll. Bei sehr geringen
Handlenkmomenten, die bei einer normalen Lenkbewegung auftreten
können, kann es sogar vorgesehen sein, dass eine Reduzierung
nicht vorgenommen wird. Steigt jedoch das Handlenkmoment, wie es
typischerweise in Gefahrensituationen der Fall ist, so ist davon
auszugehen, dass eine einfache Betätigung der Lenkung einen
höheren Vorrang als ein Schutz der Lenkungsendanschläge
besitzt. Mit anderen Worten wird der Vermeidung eines Unfalls ein
höherer Stellenwert als dem Schutz der Endanschläge
beigemessen.
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Bei
einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass die Steuereinheit das Stellsignal so erzeugt, dass eine angeforderte
hemmende Kraft umso kleiner ist, je größer das
mittels des Handlenkmomentsignals repräsentierte Handlenkmoment
ist, welches der angeforderten hemmenden Kraft entgegenwirkt. Bei
dieser Ausführungsform ist es möglich, dass nur
das Handlenkmoment berücksichtigt wird, welches der erzeugten hemmenden
Wirkung entgegenwirkt. Wird hingegen ein Lenkmoment aufgebracht,
welches der vorherrschenden Lenkbewegung der Lenkung entgegenwirkt
und somit ebenfalls bezogen auf eine Bewegung der Lenkung hin zu
einem Endanschlag hemmend wirkt, führt dazu, dass die hemmende
Wirkung, die durch das Stellsignal bewirkt wird, durch das ermittelte
Handlenkmoment unbeeinflusst ist.
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Vorzugsweise
wird ein von einer Stellung der Lenkung abhängiges Endanschlagssignal
von der Steuereinheit beim Erzeugen des Stellsignals mit einbezogen,
so dass die hemmende Kraftanforderung bei einer in Richtung auf
einen der Endanschläge verlaufenden Lenkbewegung in einem
Stellungsbereich benachbart zu einem der Endanschläge steigt,
je näher die Stellung der Lenkung einer der Endanschlagstellungen
ist, sofern das ermittelte und mittels des Handlenkmomentsignals
repräsentierte Handlenkmoment konstant ist.
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Die
Schutzvorrichtung liefert somit ein Stellsignal, welches zusätzlich
eine durch das Stellglied ausgebildete Federwirkung bereitstellt,
die hierin als softwaretechnisch ausgebildeter Endanschlag bzw. Endanschlagsfederung
bezeichnet ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform werden eine von dem Betrag
der Lenkgeschwindigkeit abhängige Dämpfung und
eine von dem (Betrag) des Handlenkmoments abhängige weitere
Dämpfung miteinander multipliziert und ein Produkt dieser
Multiplikation mit einer Endanschlagsdämpfung in einem Addierer
fusioniert, wobei die Endanschlagsdämpfung von der Stellung
der Lenkung abhängig ist.
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Die
technischen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens
weisen dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auf.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher
erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs;
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2 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Schützen
einer elektromechanischen Lenkung, die ein Handlenkmoment nicht
berücksichtigt;
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3 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Schützen
einer elektromechanischen Lenkung, bei der ein Handlenkmoment berücksichtigt
wird;
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4 eine
grafische Darstellung eines funktionalen Zusammenhangs einer Dämpfung
vom Betrag einer Lenkgeschwindigkeit; und
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5 eine
schematische Darstellung einer Dämpfung in Abhängigkeit
von einem Betrag eines Handlenkmoments.
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1 zeigt
schematisch ein elektromechanisches Lenksystem mit Lenkunterstützung,
umfassend ein als Lenkrad ausgebildetes Lenkmittel 1 und ein
als Servomotor ausgebildetes Stellglied 2, die über
ein Lenkgetriebe 3, welches mittels eines Lenkritzels dargestellt
ist, und ein Servomotorgetriebe, welches mittels eines Antriebsritzels
dargestellt ist, mit einer Zahnstange 5 verbunden sind.
Die Zahnstange 5 ist über eine nicht dargestellt
bekannte Lenkverbindung steuerbar mit ebenfalls nicht dargestellten
lenkbaren Rädern eines Fahrzeugs verbunden. Das Lenkmittel 1 ist über
eine als Drehstab ausgeführte Lenkwelle 6 und
das Lenkgetriebe 3 mit der Zahnstange 5 wirkverbunden.
Außerdem sind das Lenkmittel 1 und das Stellglied 2 über
die Lenkwelle 6, das Lenkgetriebe 3, die Zahnstange 5 und
das Servomotorgetriebe 4 miteinander gegenseitig wirkverbunden.
Für eine Lenkunterstützung wird zusätzlich
zu dem durch den Fahrer über das Lenkmittel aufgebrachte
Handlenkmoment TH durch das Stellglied 2 ein
in einer Recheneinheit 7, welche als Steuergerät
ausgeführt ist, ermitteltes Unterstützungsmoment
aufgebracht. Das Unterstützungsmoment wird in Abhängigkeit
von einer Fahrsituation des Fahrzeugs ermittelt. Die Fahrsituation
ist u. a. durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit und das Handlenkmoment TH beschreibbar. Das Handlenkmoment TH wird beispielsweise mittels eines Handlenkmomentsensors 8,
der an der Lenkwelle 6 angeordnet ist, ermittelt und mittels
eines Handlenkmomentsignals repräsentiert. Dieses kann
ein analoges oder ein digitales Signal sein. Es kann über
eine spezielle Daten- oder Signalleitung oder über ein
Datenbussystem, beispielsweise einen CAN-Bus, übermittelt
werden.
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Benachbart
zu der Zahnstange 5 ist bei der dargestellten Ausführungsform
nach 1 ein Linearsensor 9 angeordnet. Der
Linearsensor 9 kann als optischer Sensor ausgebildet sein,
der an der Zahnstange 5 angebrachte Codes ausliest. Die
Codes ermöglichen es, die Stellung der Lenkung zu ermitteln. Aus
einer zeitlichen Ableitung des Stellungssignals kann eine Lenkgeschwindigkeit ω ermittelt
werden. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Stellung α und
die Lenkgeschwindigkeit ω (ω = dα/dt) auch
mittels eines Winkelsensors ermittelt werden, der an der Lenkwelle 6,
dem Lenkritzel oder dem Antriebsritzel angeordnet ist. Wieder andere
Ausführungsformen können einen Motorlagesensor
verwenden.
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Ein
maximaler Lenkeinschlag ist in beide Richtungen durch mechanische
Endanschläge (nicht dargestellt) begrenzt. Wird die Lenkung
mit einer hohen Lenkgeschwindigkeit gegen einen dieser Endanschläge
bewegt, so können diese beschädigt werden. Um
die in der Lenkung gespeicherte Energie aufnehmen zu können,
können die Endanschläge mit mechanischen Federn
ausgestattet sein. Zusätzlich hat es sich bei elektromechanischen
Lenkungen als vorteilhaft erwiesen, softwaretechnisch realisierte Endanschläge
nach einem Feder-Dämpfer-Prinzip vorzusehen. In einem Endbereich
des Zahnstangenhubs, d. h. benachbart zu einer Endlagenstellung, wird
von einer Steuereinheit 14 ein Stellsignal für
das Stellglied 2 erzeugt, welches in Abhängigkeit
von der Lenkungsstellung einer Lenkbewegung in Richtung auf den
Endanschlag entgegenwirkt. Das Stellsignal wird in der Weise erzeugt,
dass das von dem Stellglied aufgebrachte Dämpfungsmoment
mit einer Annäherung der Lenkungsstellung an die Endanschlagstellung
zunimmt. Der Hubbereich der Zahnstange 5, in dem diese
softwaretechnische Endanschlagsdämpfung einsetzt, ist so
ausgestaltet, dass in normalen Fahrsituationen die Lenkung nicht
gegen die mechanischen Endanschläge anstößt
bzw. nur geringe Kräfte auf die mechanischen Endanschläge
wirken. In Fahrsituationen, in denen die Lenkung mit einer hohen
Lenkgeschwindigkeit in Stellungen nahe dem Endanschlag bewegt wird,
reichen die bekannten softwaretechnisch realisierte Endanschlagslösungen
nicht aus, um eine Beschädigung der mechanischen Endanschläge
zuverlässig zu vermeiden. Insbesondere bei so genannten
Fluchtwendungen, bei denen das Fahrzeug aus einer Rückwärtsfahrbewegung
durch eine Lenkungs- und Bremsbetätigung um 180° auf
der Fahrbahn gewendet wird, können extrem hohe Lenkgeschwindigkeiten
auftreten. Die in der Lenkung gespeicherte Energie kann in einem
solchen Fall mittels des softwaretechnisch realisierten Feder-Dämpfer-Prinzips
nicht adäquat abgefangen werden.
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Möglich
wäre es, den Bereich, in dem die softwaretechnische Feder-Dämpfer-Wirkung
einsetzt, zu vergrößern. Dies würde jedoch
den Nachteil mit sich bringen, dass ein Fahrzeuglenker, beispielsweise
in Einparksituationen, in denen ohne eine hohe Lenkgeschwindigkeit
ein maximaler Lenkeinschlag herbeigeführt werden soll,
gegen diese Dämpfung anlenken müsste. Eine solche
Lösung ist somit aus Sicht des Fahrkomforts und auch einer
Fahrsicherheit nicht akzeptabel, da auch in Gefahrensituationen eine
Lenkung durch den Fahrer unnötig erschwert wird.
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Vorteilhafterweise
ist eine Schutzvorrichtung für eine Lenkung in der Steuereinheit 14 ausgeführt und
daher so ausgestaltet, dass das Stellsignal, welches eine Dämpfung
der Lenkung bewirkt, zusätzlich von einer Lenkgeschwindigkeit
abhängig ist. Die Steuereinheit 14 kann mit der
Rechnereinheit 7 integriert in einem Steuergerät
ausgeführt sein, oder wie dargestellt, das Stellsignal
für das Stellglied 2 an die Recheneinheit 7 weiterleiten.
Bei anderen Ausführungsformen kann das Stellsignal der
Steuereinheit 14 direkt an das Stellglied 2 oder
ein weiteres Stellglied zum Bewirken der Hemmung einer Lenkbewegung
direkt ausgegeben werden.
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In 2 ist
eine Ausführungsform einer Schutzvorrichtung 20 gezeigt,
die vorzugsweise in der Steuereinheit 14 nach 1 umgesetzt
ist, bei der zum einen eine stellungsabhängige Endanschlagskraft
als auch eine Geschwindigkeit der Lenkung bei der Erzeugung des
Stellsignals, die eine Dämpfungskraft bzw. ein Dämpfungsmoment
vorgibt, berücksichtigt werden. Im Folgenden wird davon ausgegangen,
dass sich ein mit der Lenkwelle 6 verknüpfter Winkel α bei
Geradeausfahrt des Fahrzeugs einen Wert 0 (α = 0) aufweist.
Wird das Lenkrad nach links gedreht (siehe Pfeilspitze 11),
so vergrößert sich der Winkel α. Eine
Auslenkung oder eine Lenkungsstellung x der Zahnstange 5 ist
bei Geradeausfahrt ebenfalls 0 (x = 0). Wird das Lenkmittel 1 im
mathematisch positiven Sinne, d. h. nach links (Pfeilrichtung 11)
gedreht, so bewegt sich die Zahnstange in positiver x-Richtung,
die mittels eines Pfeils 13 angedeutet ist. Wird das Lenkmittel 1 in
mathematisch negativer Richtung (Pfeilspitze 12) gedreht,
so verringert sich der Winkel α bzw. die Stellung x.
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Die
in 2 dargestellte Vorrichtung 20 zum Schützen
einer elektromechanischen Lenkung empfängt ein eine Endanschlagskraft
repräsentierendes Signal 22. Dieses vorzeichenbehaftete
Signal gibt die Endanschlagsdämpfung vor, die auf die Lenkung ausgeübt
werden soll, wenn sich der Zahnstangenhub in einem Endbereich nahe
einem der Endanschläge befindet. Wird die Zahnstange gegen
einen an der Stellung +xea bzw. +αea angeordneten Endanschlag bewegt, so weist
die Endanschlagskraft ein negatives Vorzeichen auf, um in Richtungen
auf kleinere Lenkungsstellungen x bzw. kleineren Lenkwinkel α hinzuwirken.
Die Vorrichtung 20 zum Schützen der elektromagnetischen
Lenkung empfängt ferner ein Signal 24, das die
Lenkgeschwindigkeit, beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit ω der
Lenkwelle 6, oder eine Lineargeschwindigkeit v der Zahnstange 5 repräsentiert.
Für den Fachmann ergibt es sich, dass auch ein die Lenkungsstellung α oder
x angebendes Signal die Lenkgeschwindigkeit ω repräsentieren
kann, die mittels einer einfachen Differenziation nach der Zeit
aus der Lenkungsstellung ermittelbar ist. Hierfür kann
ein nicht dargestellter Differenzierer vorgesehen sein. Aus dem
die Lenkgeschwindigkeit ω repräsentierenden Signal 24 wird
ein Dämpfungssignal 26 mittels einer eine Dämpfung d1(ω)
angebenden Dämpfungskennlinie 28 abgeleitet. Eine
beispielhafte Dämpfungskennlinie 28 ist in 4 dargestellt.
Die Dämpfung d1(|ω|) (Dämpfungssignal 26)
ist lediglich von dem Betrag der Lenkungsgeschwindigkeit ω,
d. h. von |ω| = |dα/dt|~|dα/dt|
abhängig. Bis zu einer Schwellenwinkelgeschwindigkeit ωS ist die Dämpfung d1(|ω|)
= 0. Bei höheren Lenkgeschwindigkeitsbeträgen
|ω| steigt die Dämpfung d1(|ω|) an. Vorzugsweise
steigt die Dämpfungskennlinie 28 oberhalb des
Betrags der Schwellenlenkgeschwindigkeit |ωS|
exponentiell an. Aus dem die Lenkgeschwindigkeit ω repräsentierenden
Lenkgeschwindigkeitssignal 24 wird mittels einer Vorzeichenerkennungseinrichtung 30 das
Vorzeichen der Lenkgeschwindigkeit ω ermittelt und als Vorzeichensignal 32 ausgegeben.
Das Dämpfungssignal 26 wird mit dem Vorzeichensignal 32 in
einem Multiplikator 34 multipliziert, um ein vorzeichenbehaftetes
Gesamtdämpfungssignal 36 zu erzeugen, das eine
Gesamtdämpfung dges repräsentiert.
In einem Addierer 38, in dem das Vorzeichen des Gesamtdämpfungssignals 36 invertiert
wird, wird dieses mit dem die Endanschlagskraft repräsentierenden
Signal 22 addiert, um ein vorzeichenbehaftetes Stellsignal 40 zu
erzeugen, welches eine Dämpfung der Lenkung bewirkt. Die
Dämpfungskennlinie 28 ist vorzugsweise so ausgestaltet,
dass Winkelgeschwindigkeiten größer 1000°/s
nicht erreicht werden können. Hierdurch wird erreicht,
dass die durch das die Endanschlagskraft repräsentierende
Signal verursachte Dämpfung ausreichend ist, um die mechanischen Endanschläge
vor einer Beschädigung zu schützen.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 50 zum
Schützen einer elektromechanischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs
schematisch dargestellt. Identische technische Merkmale sind mit
identischen Bezugszeichen wie in 2 versehen.
Die Vorrichtung 50 zum Schützen der elektromechanischen
Lenkung erfasst zusätzlich zu dem die Endanschlagskraft
repräsentierenden Signal 22 und dem die Lenkgeschwindigkeit
repräsentierenden Signal 24 ein ein Handlenkmoment
TH repräsentierendes Handlenkmomentsignal 52.
Aus dem Handlenkmomentsignal 52 wird ein weiteres Dämpfungssignal 54 mittels
einer weiteren Dämpfungskennlinie 56 abgeleitet.
Eine beispielhafte weitere Dämpfungskennlinie 56 ist
in 5 dargestellt. Die weitere Dämpfung d2(|TH|) ist vom Betrag
des Handlenkmoments |TH| abhängig.
Bei der beispielhaften Ausgestaltung der Dämpfungskennlinie
beträgt die weitere Dämpfung d2(|T|)
bis zu einem Handlenkmomentschwellenwert |TS|
konstant 1. Oberhalb dieses Handlenkmomentschwellenwertes |TS| senkt die Dämpfung d2(|TH|) stark ab. Das aus der weiteren Dämpfungskennlinie 56 abgeleitete
weitere Dämpfungssignal 54 wird ebenfalls auf
den Multiplizierer 34 geführt und geht somit in
die Produktbildung für das Gesamtdämpfungssignal 36 ein.
Ein Dämpfungswert d2(|TH|) = 1 beeinflusst die Produktbildung nicht.
Dies bedeutet, dass bei Handlenkmomenten, die betragsmäßig
kleiner als der Handlenkmomentschwellenwert |TS|
sind, die aufgrund der Lenkgeschwindigkeit ω verursachten
Einfluss auf die Gesamtdämpfung unbeeinflusst bleibt. Wird
jedoch ein hohes Lenkmoment TH aufgewendet,
wie es in Gefahrsituationen typisch ist, ist die weitere Dämpfung
d2(|TH|) kleiner
1 und bewirkt bei der Produktbildung im Multiplizierer 34,
dass das Gesamtdämpfungssignal dges 36,
welches durch die Lenkgeschwindigkeit ω beeinflusst ist, reduziert
wird. Hierdurch wird auch das Stellsignal 40 verringert.
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Die
dargestellte Dämpfungskennlinie 28 nach 4 und
die dargestellte weitere Dämpfungskennlinie 56 nach 5 stellen
jeweils nur beispielhafte Ausgestaltungen von Dämpfungskennlinien dar.
Diese können nahezu beliebig ausgestaltet sein, um die
oben erwähnten Ziele zu erreichen. Die Dämpfungskennlinie,
welche die Dämpfung in Abhängigkeit von der Lenkgeschwindigkeit
beschreibt, ist jedoch in jedem Fall monoton von dem Betrag der Lenkgeschwindigkeit
abhängig. Bei anderen Ausführungsformen kann vorgesehen
sein, dass die Dämpfungskennlinien nicht von der vorzeichenbehafteten Lenkgeschwindigkeit
und/oder dem vorzeichenbehafteten Handlenkmoment abhängig
sind. Für den Fachmann ergibt es sich, dass in einem solchen
Fall die Vorzeichenerkennungseinrichtung 30 eingespart werden
kann. Durch eine alternative Ausgestaltung der Dämpfungskennlinien
kann ebenfalls das Invertieren des Gesamtdämpfungssignals
dges 36 in dem Summierer 38 eingespart
werden.
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Es
ergibt sich für den Fachmann ferner, dass das Stellsignal 40 mit
weiteren Signalen fusioniert werden kann, die eine Lenkunterstützung
der Lenkung bewirken.
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- 1
- Lenkmittel
- 2
- Stellglied
- 3
- Lenkgetriebe
- 4
- Servomotorgetriebe
- 5
- Zahnstange
- 6
- Lenkwelle
- 7
- Recheneinheit
- 8
- Lenkmomentsensor
- 9
- Linearsensor
- 11
- Pfeilrichtung
- 12
- Pfeilrichtung
- 13
- Pfeil
- 14
- Steuereinheit
- 20
- Vorrichtung
zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung
- 22
- Endanschlagskraft
repräsentierendes Signal
- 24
- Lenkgeschwindigkeit
repräsentierendes Signal
- 26
- Dämpfungssignal
(repräsentiert Dämpfung d1(|ω|))
- 28
- Dämpfungskennlinie
- 30
- Vorzeichenerkennungseinrichtung
- 32
- Vorzeichensignal
- 34
- Multiplizierer
- 36
- Gesamtdämpfungssignal
(repräsentiert Gesaamtdämpfung dges)
- 38
- Summierer
- 40
- Stellsignal
- 50
- Vorrichtung
zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung
- 52
- Handlenkmomentsignal
- 54
- weiteres
Dämpfungssignal (repräsentiert weitere Dämpfung
d2(|T|))
- 56
- weitere
Dämpfungskennlinie Lenkwinkel
- x
- Lenkstellung
- ω,
v
- Lenkgeschwindigkeit
- ωS
- Schwellengeschwindigkeit
- TH
- Handlenkmoment
- |TS|
- Handlenkmomentschwellenwert
- d1
- Dämpfung
- d2
- weitere
Dämpfung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19713576
A1 [0003]
- - DE 10145982 A1 [0006]
- - EP 1300321 A1 [0007]