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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems
in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In
der
DE 196 01 826
A1 wird ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug beschrieben,
bei dem der Fahrer über das Lenkrad einen Lenkwinkel vorgibt, der über
die Lenksäule und ein Lenkgetriebe auf ein Lenkgestänge übertragen
wird, so dass sich ein dem Lenkwinkel zugeordneter Radlenkwinkel
an die lenkbaren Räder einstellt. Zusätzlich ist
im Lenksystem ein Überlagerungsgetriebe angeordnet, über
das dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel fahrzustandsabhängig
ein Überlagerungslenkwinkel überlagerbar ist. Üblicherweise
umfassen derartige Lenksysteme auch ein Servounterstützungssystem,
welches in das Lenkgetriebe eingreift und ein lenkkraftunterstützendes
Moment erzeugt.
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Mithilfe
des Überlagerungsgetriebes können in verschiedenen
Fahrzuständen des Fahrzeugs Überlagerungslenkwinkel
erzeugt werden, die sowohl Einfluss auf den Fahrkomfort als auch
auf die Fahrdynamik des Fahrzeuges haben. Eine typische Fahrkomfortfunktion
ist die Vorgabe eines geschwindigkeitsabhängigen Überlagerungslenkwinkels,
indem bei niedrigeren Geschwindigkeiten größere
und bei höheren Geschwindigkeiten nur kleinere Überlagerungslenkwinkel
erzeugt werden, so dass Lenkeinschläge des Fahrers bei
niedrigeren Geschwindigkeiten zu größeren Radlenkwinkeln
führen als bei höheren Geschwindigkeiten. Eine
weitere Komfortfunktion, die ggf. mit dem geschwindigkeitsabhängigen Lenkwinkeleingriff überlagert
wird, liegt in der lenkwinkeleinschlagsabhängigen Erzeugung
eines Überlagerungslenkwinkels. Hierbei werden im Bereich
um die Mittellage der Lenkung nur verhältnismäßig
geringe oder keine Überlagerungslenkwinkel zugelassen, wohingegen
bei größerem Lenkeinschlag auch größere Überlagerungslenkwinkel
erzeugt werden, was insgesamt zu einer progressiven Lenkübersetzung führt,
die insbesondere beim Einparken Vorteile bringt.
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Auf
der Fahrdynamikseite erlaubt die Erzeugung eines Überlagerungslenkwinkels
Eingriffe in den aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs, und zwar sowohl
im Hinblick auf die Längs- als auch die Querdynamik. Hierbei
werden in einem Fahrdynamikregelsystem, beispielsweise in einem
Gierratenregler, ein oder mehrere Aktoren im Fahrzeug beaufschlagt, um
eine Fahrzeugstandsgröße in gewünschter
Weise zu beeinflussen. Zu diesen Aktoren kann auch das Überlagerungsgetriebe
gehören, das angesteuert werden kann, um einen entsprechenden Überlagerungslenkwinkel
zu erzeugen.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein gattungsgemäßes Lenksystem in einem
Fahrzeug störungssicher zu betreiben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines
Lenksystems in einem Fahrzeug werden im Falle einer Störung
nur in bestimmten Fallgruppen Eingriffe des Überlagerungsgetriebes
in das Lenksystem zugelassen. Man erhält dadurch ein aktives
Lenksystem, bei dem ein Überlagerungslenkwinkel zu dem
vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel nur in begrenzten Fällen
hinzuaddiert wird, sofern eine Störung in einem bestimmten
Bauteil des Lenksystems diagnostiziert worden ist. Bei diesem Bauteil handelt
es sich um die Servo- bzw. Lenkkraftunterstützungseinrichtung,
mit deren Hilfe ein lenkunterstützendes Moment erzeugt
und in das Lenksystem eingespeist wird. Sofern die Lenkkraftunterstützungseinrichtung
nicht bzw. nicht voll funktionstüchtig ist, wird nur in
den festgelegten Fällen ein Überlagerungslenkwinkel
erzeugt. Damit wird der Situation Rechnung getragen, dass die Servounterstützung nicht
mehr oder nicht mehr vollständig funktioniert, mit der
Konsequenz, dass Dynamikeingriffe von Fahrzeugregelsystemen ignoriert
werden.
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Hintergrund
ist die Tatsache, dass ein Überlagerungslenkwinkel, der
zu dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel addiert wird, zu höheren
Geschwindigkeiten eines Ritzels führt, mit dem die Lenkbewegung
der Lenkstange auf das Lenkgetriebe übertragen wird, wobei
die höhere Ritzelwinkelgeschwindigkeit auch einen entsprechend
höheren Ausschlag der Lenkkraftunterstützungseinrichtung bedingt.
Um im Falle einer Störung der reduzierten Leistungsfähigkeit
der Lenkkraftunterstützungseinrichtung Rechnung zu tragen,
werden Eingriffe des Überlagerungsgetriebes zweckmäßigerweise
nur noch auf eine bestimmte Gruppe von Fallkonstellationen beschränkt,
insbesondere auf Komfortfunktionen, wohingegen Eingriffe in das Überlagerungsgetriebe
unterbleiben, die eine Veränderung längs- oder querdynamischer
Fahrzustandsgrößen zur Folge haben. Der Fahrer
wird daher trotz der Störung im Servosystem keine oder
nur eine geringe Komforteinschränkung spüren,
so dass auch keine Panik- oder Fehlreaktionen durch den Fahrer zu
erwarten sind, die beim vollständigen Ausfall des Servosystems
und einer damit einhergehenden Verhärtung des Lenksystems
zu befürchten sind. Da die Komfortfunktionen der Aktivlenkung üblicherweise
nur mit kleinen Gradienten verbunden sind, die im Vergleich zu rein passiven
Lenksystemen nur eine verhältnismäßig geringe Änderung
der Ritzelwinkelgeschwindigkeit zur Folge haben, ist trotz der aktivierten
Komfortfunktion im Überlagerungsgetriebe kein oder kein
nennenswert erhöhter Einsatz des Servo- bzw. Lenkkraftunterstützungssystems
erforderlich.
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In
bevorzugter Ausführung werden auch bei einer Störung
der Lenkkraftunterstützungseinrichtung fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Überlagerungslenkwinkel
zugelassen. Alternativ hierzu oder zusätzlich ist es auch
möglich, lenkwinkelabhängige Überlagerungslenkwinkel
zuzulassen. Es handelt sich in beiden Fällen um Komfortfunktionen,
die keinen unmittelbaren Einfluss auf die Fahrdynamik haben und
insbesondere auch nicht von einem Fahrzeugregelsystem beeinflusst
werden. Bei fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Überlagerungslenkwinkeln
werden in der Regel bei niedrigeren Geschwindigkeiten größere
und bei höheren Geschwindigkeiten kleinere Überlagerungslenkwinkel
erzeugt, die zu dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel addiert werden.
Auf diese Weise wird bei höheren Geschwindigkeiten die
Lenkempfindlichkeit verringert und bei niedrigeren Geschwindigkeiten
verbessert.
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Bei
lenkwinkelabhängigen Überlagerungslenkwinkeln
wird dagegen im Bereich der Mittellage des Lenksystems nur ein geringer
oder gar kein Überlagerungslenkwinkel vorgegeben, wohingegen bei
höheren Lenkeinschlägen auch ein größerer Überlagerungslenkwinkel
hinzuaddiert wird, wodurch insgesamt ein progressiv anwachsender
Lenkwinkeleinschlag erreicht wird, der insbesondere das Einparken
erleichtern soll. Diese Funktion kann auch mit der fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Überlagerung
eines Zusatzlenkwinkels gekoppelt werden, indem der progressive
Lenkeinschlag nur bei Geschwindigkeiten unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit
zugelassen bzw. als Funktion der Geschwindigkeit ausgeführt
wird.
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Die
Lenkkraftunterstützungseinrichtung ist insbesondere als
hydraulisches System bzw. als elektrohydraulisches System ausgebildet
und umfasst eine Hydraulikpumpe, deren benötigte Ölfördermenge
von der aktuellen Ritzelwinkelgeschwindigkeit des an der Lenkstange
im Übergang zum Lenkgetriebe angeordneten Ritzels abhängt.
Diese Hydraulikpumpe ist vorzugsweise mit einer elektronischen Volumenstromregelung
(Electronically Controlled Orifice – ECO), bei der aus
Gründen der Energieeffizienz ein Ölvolumenstrom
durch die Hydraulikpumpe nur dann gefördert wird, wenn
tatsächlich eine Lenkkraftunterstützung benötigt
wird. Wenn die elektronische Volumenstromregelung ausfällt,
steht üblicherweise nicht mehr die gesamte Servounterstützung
zur Verfügung. In diesen Fällen unterbleibt der
Eingriff in das Überlagerungsgetriebe zur Veränderung
einer längs- oder querdynamischen Fahrzustandsgröße,
wohingegen vorteilhafterweise Komforteingriffe des Überlagerungsgetriebes
nach wie vor zugelassen sind.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in
allen aktiven Lenksystemen realisieren. Vorteilhafterweise kommuniziert
das Lenksystem bzw. ein Regel- bzw. Steuergerät des Lenksystems
mit weiteren Steuergeräten, die Bestandteil von Fahrzeugregelsystemen
sind. Bei diesen Fahrzeugregelsystemen handelt es sich beispielsweise
um einen Gierratenregler, der Teil eines elektronischen Stabilitätsprogramms
(ESP) sein kann. Prinzipiell kommen aber alle Fahrzeugregelsysteme
in Betracht, also beispielsweise ASR, ABS oder aktive Fahrwerksysteme.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
der Zeichnung zu entnehmen, in der ein aktives Lenksystem dargestellt
ist.
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Bei
dem aktiven Lenksystem 1 wird vom Fahrer über
die als Lenkrad 2 ausgeführte Lenkhandhabe ein
Lenkwinkel δL vorgegeben, der über
eine Lenkwelle 3 und ein Lenkgetriebe 6 auf die
lenkbaren Vorderräder 8 übertragen wird,
in denen sich ein Radlenkwinkel δV einstellt.
In die zweigeteilte Lenkwelle 3 ist ein Überlagerungsgetriebe 4 integriert,
das einen elektrischen Stellmotor 5 umfasst, bei dessen Betätigung
ein Zusatzlenkwinkel δM erzeugt
wird, der dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel δL überlagert wird, woraufhin sich
additiv ein Gesamtlenkwinkel δL'
einstellt, welcher dem Lenkgetriebe 6 als Lenkritzelwinkel
zugeführt wird. Der Überlagerungslenkwinkel δM hängt von der Betätigung
des Stellmotors 5 ab; ohne Betätigung des Stellmotors 5 wird auch
kein Überlagerungslenkwinkel δM erzeugt,
so dass lediglich der vom Fahrer erzeugte Lenkwinkel δL wirksam ist.
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Dem
Lenkgetriebe 6 ist eine Servo- bzw. Lenkkraftunterstützungseinrichtung 9 zugeordnet, die
eine Hydraulikpumpe P umfasst. Bei einer Betätigung der
Lenkkraftunterstützungseinrichtung 9 wird ein
unterstützendes Moment eingeleitet, so dass der Fahrer
für den von ihm gewünschten Lenkwinkel ein geringeres
Handmoment aufbringen muss.
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Die
Hydraulikpumpe P in der Lenkkraftunterstützungseinrichtung 9 ist
zweckmäßigerweise mit einer Volumenstromregelung
ECO ausgestattet, die dafür sorgt, dass nur dann ein Ölvolumenstrom
fließt, wenn auch tatsächlich ein unterstützendes
Servomoment benötigt wird. Falls beispielsweise der Fahrer den
Lenkeinschlag konstant hält, ist keine Lenkkraftunterstützung
erforderlich und es muss dementsprechend von der Hydraulikpumpe
P auch kein Volumenstrom gefördert werden.
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Für
den Fall einer Störung der Volumenstromregelung werden
erfindungsgemäß Eingriffe in das Überlagerungsgetriebe
und die damit einhergehende Erzeugung eines Überlagerungslenkwinkels δM auf bestimmte, vorab festgelegte Fälle
begrenzt. Es wird auf fahrdynamische Eingriffe über das Überlagerungsgetriebe
verzichtet, was dadurch realisiert wird, dass die Störung
in der Volumenstromregelung einem Steuergerät eines Fahrdynamikregelsystems gemeldet
wird, woraufhin in diesem Steuergerät keine Stellsignale
an das Überlagerungsgetriebe und den dort vorhandenen Motor 5 zur
Erzeugung eines Überlagerungslenkwinkels mehr übermittelt
werden. Bei diesem Fahrdynamikregelsystem handelt es sich beispielsweise
um einen Gierratenregler, der innerhalb eines ESP-Systems realisiert
werden kann.
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Dagegen
können trotz der Störung in der Volumenstromregelung
komfortbezogene Eingriffe des Überlagerungsgetriebes in
das Lenksystem aufrechterhalten bleiben, beispielsweise die Vorgabe
fahrzeuggeschwindigkeitsabhängiger Überlagerungslenkwinkel δM oder die Vorgabe lenkwinkelabhängiger Überlagerungslenkwinkel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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