-
Die
Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einem
von den gelenkten Rädern des
Kraftfahrzeugs entkoppelten oder entkoppelbarem Lenkrad.
-
Bei
herkömmlichen
Lenkrädern
besteht eine permanente mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad
und den gelenkten Rädern,
so dass die auf die gelenkten Räder
wirkenden Kräfte
im Lenkrad zu spüren
sind. Es liegt insofern eine Rückkopplung
des Fahrzeug-Räder-Weg-Verhaltens
an den Fahrer vor.
-
Zur
Verringerung der benötigten
Lenkkräfte ist
eine so genannte Servolenkung bekannt, die über einen hydraulischen Antrieb
oder einen elektrischen Antrieb den Fahrer beim Lenken unterstützt, indem die
vom Fahrer aufgebrachte Kraft zum Lenken verstärkt wird.
-
Herkömmliche
Lenksysteme sehen eine feste Übersetzung
zwischen dem Lenkrad und den Rädern
vor. Ebenfalls bekannt ist eine so genannte Aktivlenkung, bei der
die Lenkübersetzung
an die Geschwindigkeit des Fahrzeugs angepasst ist, so dass beispielsweise
bei niedrigen Geschwindigkeiten ein kleiner Lenkradeinschlag zu
einem relativ großen Lenkwinkel
führt,
was beispielsweise beim Parken zu weniger Lenkarbeit führt.
-
Unter
den Stichworten „ESP" (Elektronisches
Stabilitätsprogramm)
oder „ESC" (Electronic Stability
Control) wird eine Technik bezeichnet, bei der durch gezieltes automatisches
Abbremsen einzelner Räder
ein Übersteuern
oder Untersteuern eines Fahrzeugs verhindert werden soll. Das System nutzt
die Signale verschiedener Sensoren, die eine Steuervorrichtung auswertet
und die Steuersignale an spezielle Aktuatoren zum gezielten automatischen
Abbremsen einzelner Räder
bereitstellt.
-
Weiter
sind unter dem Stichwort „Steer-by-Wire" Lenksysteme in Kraftfahrzeugen
bekannt, bei denen ein Lenkbefehl ausschließlich elektrisch über eine
Steuervorrichtung an einen Aktuator geleitet wird, der den Lenkbefehl
ausführt.
Hierbei werden über
einen oder mehrere Sensoren am Lenkrad oder einem anderen Eingabegerät Signale
betreffend die gewünschte
Fahrtrichtung an die Steuervorrichtung geben. Eine mechanische Verbindung zwischen
dem Lenkrad und den zu lenkenden Rädern entfällt.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem
für ein
Kraftfahrzeug mit einem von den gelenkten Rädern des Kraftfahrzeugs entkoppelten
oder entkoppelbarem Lenkrad bereitzustellen, das bei einer solchen
Entkopplung dem Fahrer einen erhöhten
Fahrkomfort und/oder Sicherheitskomfort bereitstellt.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Lenksystem mit dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Danach
weist das Lenksystem mindestens einen Aktuator auf, der abhängig von
Informationen mindestens eines Fahrzeugsensors eine Kraft auf das
Lenkrad und/oder die Lenkwelle ausübt und/oder eine Information
an den Fahrer bereitstellt. Die Erfindung stellt eine „synthetische" Rückkopplung
des Fahrzeug-Räder-Weg-Verhaltens
an den Fahrer bereit, unter Verwendung einer oder mehrerer Aktuatoren.
Durch diese synthetische Rückkopplung
ist es möglich,
dass trotz des Fehlens einer mechanischen Verbindung zwischen den
gelenkten Rädern
und dem Lenkrad das Fahrzeug-Räder-Weg-Verhalten dem
Fahrer zur Kenntnis gelangt und/oder für eine Lenkkorrektur genutzt
werden kann.
-
Der
oder die Aktuatoren prägen
einen Moment relativ zur Lenksäule
oder zum Lenkradboden ein.
-
Dabei
ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass für eine synthetische
Rückkopplung
des Fahrzeug-Räder-Weg-Verhaltens
mindestens ein Aktuator abhängig
von Informationen mindestens eines Fahrzeugsensors eine für den Fahrer
spürbare
Kraft auf das Lenkrad oder die Lenkwelle ausübt. Beispielsweise lässt der
Aktuator den Lenkradkranz vibrieren bzw. übt ein Moment auf dieses mit
einer deutlich spürbaren
Frequenz aus, um auf diese Weise Kräfte und Momente, die auf die
Räder oder
die Lenkwelle wirken, zu betonen oder zu verstärken. Beispielsweise wird ein
zyklisches Vibrieren erzeugt, wenn das Auto über Kopfsteinpflaster fährt. Vibrationen
im Lenkradkranz können
auch zur Warnung vor bevorstehenden bzw. eingetretenen kritischen
Fahrsituationen genutzt werden. Die durch den Aktuator auf das Lenkrad
oder die Lenkwelle ausgeübte
Kraft greift gemäß dieser
Ausführungsvariante
nicht in den Lenkvorgang ein, d. h. sie verändert nicht die Fahrtrichtung
des Fahrzeugs.
-
Ebenso
ist möglich,
dass die Rückkopplung an
den Fahrer mittels einer akustischen und/oder visuellen Information
bereitgestellt wird. Beispielsweise wird auf einem Display ein Warnsignal
erzeugt oder erfolgt Warnton oder ein Sprachsignal.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung nimmt mindestens ein Aktuator abhängig von
Informationen mindestens eines Fahrzeugsensors eine Lenkradkorrektur
vor. Diese basiert beispielsweise auf der Regelung der Gierrate,
der Gierbeschleunigung, der Vorhaltelenkung und/oder der Seitenwind-Unterdrückung. Die
Lenkkorrektur erfolgt dabei in einer Ausgestaltung in für den Fahrer
nicht spürbarer
Weise, indem eine Bewegung der Bewegung des Lenkrades überlagert
wird, ohne dass der Fahrer hierauf hingewiesen wird. Dies ermöglicht ein
dynamisches Eingreifen eines Lenkkorrektursystems in den Lenkvorgang.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung ersetzt mindestens ein Aktuator die
variable Zahnteilung der Zahnstange einer Zahnstangenlenkung, etwa
im Rahmen einer Aktivlenkung.
-
In
einer Ausgestaltung ist eine mechanische Verbindung des Lenkrads
mit den gelenkten Rädern als
Rückfallebene
aktivierbar, d. h. steht bei einem Ausfall der elektrischen Systeme
ersatzweise bereit. Standardmäßig ist
die mechanische Verbindung aktiv und wird erst nach der „o.k-Meldung" der Systemkomponenten
getrennt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Entkopplung
des Lenkrads von den gelenkten Rädern
des Kraftfahrzeugs mittels eines Schalters realisiert ist, der die
mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Rädern aktiv
trennt.
-
In
einer anderen Ausgestaltung ist das Lenkrad permanent von den gelenkten
Rädern
des Kraftfahrzeugs mechanisch entkoppelt. Beispielsweise fehlt eine
mechanische Kopplung des Lenkrads mit den gelenkten Rädern des
Kraftfahrzeugs und werden Lenkbefehle an die Räder elektrisch mittels einem
oder mehreren Sensoren, einer Steuervorrichtung und einem oder mehreren
Aktuatoren an die Räder
gegeben (Steer-by-Wire).
-
Auch
kann vorgesehen sein, dass die Entkopplung des Lenkrads von den
gelenkten Rädern des
Kraftfahrzeugs mittels einer starken Dämpfung zumindest einiger Teile
der mechanischen Verbindungskette zwischen den Rädern und der Lenkrad realisiert
ist, das heißt,
dass von den Rädern
ausgehende Schwingungen kaum im Lenkrad zu spüren sind.
-
Der
oder die Aktuatoren des Lenksystems sind bevorzugt im Lenkrad angeordnet,
so dass sie unmittelbar eine Kraft bzw. ein Moment auf das Lenkrad
oder die Lenkwelle ausüben
können.
-
In
einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Aktuator durch eine elektrische
Steuervorrichtung, auch als ECU (Electronic Computational Unit)
bezeichnet, gesteuert oder geregelt, die Signale von mindestens
einem Fahrzeugsensor erhält
und zu Steuerbefehlen an einen oder mehrere Aktuatoren verarbeitet.
Die elektrische Steuervorrichtung kann dabei mit Intelligenz in
dem Sinne ausgestaltet sein, dass sie eine Entscheidung darüber trifft,
ob und auf welche Weise Eingangssignale eines oder mehrerer Fahrzeugsensoren
in Steuer- oder Stellsignale an einen oder mehrere Aktuatoren umgewandelt
werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass, wenn die eingehenden
Sensorsignale das Überfahren
eines Schlaglochs anzeigen, diese Information nicht in ein Steuersignal
an einen Aktuator umgesetzt wird, um den Fahrer nicht zu irritieren.
Es handelt sich hierbei um eine Komfort-Entscheidung der Steuervorrichtung.
-
Die
elektronische Steuervorrichtung ist in einer Ausgestaltung der Erfindung
in das Lenkrad oder in die Lenksäule
integriert. Auch ist in einer Ausgestaltung der Erfindung mindestens
ein Fahrzeugsensor im Lenkrad angeordnet, beispielsweise ein Sensor
für die
Messung des Lenkrad-Lenkwinkels und/oder ein Sensor für die Messung
der Lenkrad-Winkelgeschwindigkeit und/oder ein Sensor für die Messung
der Lenkrad-Winkelbeschleunigung.
-
Als
Fahrzeugsensoren, deren Information für den Einsatz mindestens eines
Aktuators benutzt wird, der eine Kraft auf das Lenkrad und/oder
die Lenkwelle ausübt
und/oder eine Information an den Fahrer bereitstellt, werden beispielsweise
ein oder mehrere Bescheunigungssensoren und/oder ein oder mehrere
Radsensoren verwendet. Ein Beschleunigungssensor ist beispielsweise
ein Gierratensensor, der ein Giermoment feststellt. Ein Beschleunigungssensor
ist in einem anderen Beispiel ein Sensor zum Feststellen einer Schlechtwegstrecke.
Mögliche
Radsensoren sind Radlenkwinkelsensoren und Radmomentsensoren.
-
Ein
Aktuator wird beispielsweise durch einen Elektromotor mit einem
Getriebe bereitgestellt, das in Eingriff mit der Lenkradnabe oder
einem anderen Teil des Lenkrads steht.
-
Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren in einem Lenksystem
eines Kraftfahrzeugs mit einem von den gelenkten Rädern des
Kraftfahrzeugs entkoppelten oder entkoppelbarem Lenkrad. Es sind folgende
Schritte vorgesehen:
- – Erfassen eines Signals mindestens
eines Fahrzeugsensors,
- – in
Abhängigkeit
von dem erfassten Signal Erzeugen eines Steuersignals an einen Aktuator, und
- – Ausüben einer
Kraft auf das Lenkrad und/oder die Lenkwelle und/oder Bereitstellen
einer Information an den Fahrer des Kraftfahrzeugs durch den Aktuator
bei Vorliegen eines entsprechenden Steuersignals.
-
Zusätzlich können zum
Erzeugen des Steuersignals in einer Steuervorrichtung fest hinterlegte Informationen
herangezogen werden.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die einzige Figur
an einem Ausführungsbeispiel
erläutert.
-
Die
Figur zeigt ein Lenksystem für
ein Kraftfahrzeug, bei dem sowohl den Rädern als auch dem Lenkrad Sensoren
und Aktuatoren zugeordnet sind. Im Einzelnen weist das eine Rad
Radsensoren S1, S2, S3 und das andere Rad Radsensoren S4, S5, S6 auf.
Weiter sind beiden Rädern
Radaktuatoren A1, A2 und A3, A4 zugeordnet.
-
Bei
den Radsensoren S1–S6
handelt es sich beispielsweise um einen Radlenkwinkelsensor, einen Radmomentsensor
und einen ABS-Drehzahlsensor, die jeweils für jedes Rad vorgesehen sind.
Die Radaktuatoren sind beispielsweise Elektromotoren, die einem
bereits vorhandenen mechanischen Moment ein Moment überlagern,
oder die überhaupt
erst ein Moment bereitstellen. Beispielsweise handelt es sich bei
den Radaktuatoren A1, A3 um Aktuatoren zur Moment-Überlagerung,
beispielsweise bei einer Servolenkung. Die Aktuatoren A2, A4 sind
beispielsweise Aktuatoren zur Ausführung eines Lenkbefehls, wie
sie bei einem „Steer-by-Wire" System Verwendung
finden.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten und beschriebenen
Radsensoren und Radaktuatoren nur beispielhaft zu verstehen sind. Auch
kann vorgesehen sein, dass eine geringere Anzahl von Radaktuatoren
und Radsensoren als dargestellt vorgesehen ist, beispielsweise ein
Radaktuator zur Moment-Überlagerung
oder ein Radaktuator zur Ausführung
elektrischer Lenkbefehle eines „Steer-by-Wire" Systems.
-
Die
Radsensoren liefern die von ihnen bereitgestellte Signale/Information
an eine erste elektrische Steuervorrichtung E1, die auch als ECU
(Electronic Computational Unit) bezeichnet wird.
-
Des
Weiteren sind im dargestellten Ausführungsbeispiel im Lenkrad zwei
Lenkradsensoren S7, S8 sowie ein Lenkradaktuator A5 vorgesehen,
wobei die dargestellte Anzahl der Lenkradsensoren und Lenkradaktuatoren
wiederum lediglich beispielhaft zu verstehen ist. Bei den Lenkradsensoren
S7, S8 handelt es sich beispielsweise um einen Lenkrad-Lenkwinkelsensor,
einen Lenkrad-Winkelgeschwindigkeitssensor
und/oder einen Lenkrad-Winkelbeschleunigungssensor. Auch kann ergänzend oder
zusätzlich
ein Gierratensensor im Lenkrad vorgesehen sein. In der Lenksäule können zusätzlich oder
ergänzend
Sensoren für
die Messung des Lenkwellen-Winkels, der Lenkwellen-Winkelgeschwindigkeit und/oder
Lenkwellen-Winkelbeschleunigung
vorgesehen sein.
-
Bei
dem Aktuator A5 handelt es sich beispielsweise um einen Elektromotor,
der für
eine Moment-Rückkopplung
an den Fahrer und/oder eine Winkelüberlagerung zur Lenkwelle vorgesehen
ist. Beispielsweise erzeugt der Motor ein Vibrieren am Lenkradkreuz,
um dem Fahrer eine Rückkopplung
in Bezug auf an den Rädern
oder an der Lenkwelle angreifende Kräfte und Momente zu geben. Auch
kann der Motor einen bestimmten Winkel im Lenkrad dem vorhandenen
Lenkwinkel überlagern,
beispielsweise im Rahmen einer automatischen Lenkradkorrektur. Dabei
können
auch mehrere Motoren zur Realisierung entsprechender Funktionen
vorgesehen sein.
-
Die
von den Lenkradsensoren S7, S8 abgegebenen Signale werden an eine
zweite elektrische Steuervorrichtung E2 geleitet, die verantwortlich
ist für
die Steuerung des Aktuators A5 im Lenkrad und entsprechende Steuersignale
an den Lenkradaktuator A5 oder mehrere solche Lenkradaktuatoren
sendet. Die zweite Steuervorrichtung E2 ist dabei in Kommunikation
mit der ersten Steuervorrichtung E1. Insbesondere können die
Signale der Lenkradsensoren S7, S8 auch an die erste Steuervorrichtung
E1 weitergegeben werden, die Steuersignale für die Radaktuatoren A1–A4 erzeugt.
Beispielsweise kann die erste Steuervorrichtung E1 Signale eines
Lenkrad-Lenkwinkelsensors
S7 auswerten und in Lenkbefehle an einen Radaktuator A1–A4 umwandeln. Ebenso
kann die zweite Steuervorrichtung E2 Signale der Radsensoren S1,
S2, S3, S4, S5, S6 auswerten. Darüber hinaus kann zumindest die
zweite Steuervorrichtung E2 in einer Ausgestaltung zusätzlich die
Signale weiterer Fahrzeugsensoren auswerten, die eventuell vorhanden
sind, wie beispielsweise die Signale eines Beschleunigungssensors.
-
Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist des Weiteren ein Schalter SW1 für die Aktivierung einer Rückfallebene
vorgesehen, der durch beide Steuervorrichtungen E1, E2 ansteuerbar
ist. Der Schalter SW1 wird, je nach Ausführung, deaktiviert bzw. aktiviert,
wenn bei Ausfall des elektronischen Systems das Fahrzeug mittels
der elektronischen Mittel nicht mehr lenkbar ist. Es kann dann auf
eine herkömmliche
Lenkung zurückgegriffen
werden, so dass das System eine mechanische Rückfallebene vom Lenkrad zu
den Rädern
aufweist.
-
In
anderen Ausführungsbeispielen
wird auf eine solche mechanische Rückfallebene verzichtet, so
dass eine allein elektronische Lenkung (Steer-by-Wire) vorliegt.