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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenkungssystems in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 2, in dem das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar ist bzw. eingesetzt wird.
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Es ist hierbei davon ausgegangen, dass das Lenkungssystem eine Überlagerungslenkung beinhaltet. Eine Überlagerungslenkung ist dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Lenkhandhabe eine erste Welle gedreht wird, welche als Eingang in ein Überlagerungsgetriebe fungiert. An der Ausgangsseite des Überlagerungsgetriebes ist eine zweite Welle angeordnet, die mit den Rädern gekoppelt ist, wobei die Drehung der ersten Welle eine Drehung der zweiten Welle bewirkt. Das Besondere an dem Überlagerungsgetriebe besteht darin, dass auch eine dritte Welle als zweiter Eingang in es hinein geführt ist, und der dritten Welle ist von einem Elektromotor eine Drehung aufprägbar, welche sich in einer zusätzlichen Drehung der zweiten Welle (und damit der Räder) auswirkt. Für die Erfindung darf vorausgesetzt werden, dass der Elektromotor von einer Steuereinheit angesteuert wird, welche vorgibt, um welchen Winkel der Elektromotor die dritte Welle drehen soll. Im herkömmlichen Betrieb wird auf die dritte Welle ein Zusatzwinkel gegeben, der zu dem über die Lenkhandhabe in die erste Welle eingetragenen Lenkwinkel hinzutritt. Der Zusatzwinkel verändert das Übersetzungsverhältnis, zumeist verbessert er es. Das Übersetzungsverhältnis ist das Verhältnis aus Lenkradwinkel zu Radwinkel. Tritt zu dem Lenkradwinkel noch ein Zusatzwinkel hinzu, wird ein größerer Radwinkel erzielt.
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Eine Überlagerungslenkung soll möglichst optimal betrieben werden: Der Zusatzwinkel soll in der Regel möglichst groß gewählt sein. Andererseits soll der Elektromotor nicht überlastet werden. Diese entgegengesetzten Erfordernisse sollten optimal aufeinander abgestimmt sein.
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Um einen Elektromotor einer Überlagerungslenkung nicht zu beschädigen, kann vorgesehen sein, dass das Überlagerungsgetriebe verriegelt wird. Es wird dann auf ein festes Übersetzungsverhältnis eingestellt. Ein Beispiel, wie ein verriegelbares Überlagerungsgetriebe ausgestaltet werden kann, ist in der
DE 103 23 042 A1 beschrieben. In dieser Druckschrift ist dargelegt, dass eine Verriegelung insbesondere im inaktiven Zustand des Systems sinnvoll ist, wenn der Motor ausgeschaltet ist oder keine Energieversorgung gewährleistet ist.
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In der
DE 198 23 031 A1 ist beschrieben, dass ein Verriegeln eines Überlagerungsgetriebes in Abhängigkeit von Sensorsignalen bewirkt werden kann. Insbesondere können Signale eines Lenkwinkelsensors an der oben genannten ersten Welle bzw. eines Ausgabewinkelsensors an der oben genannten zweiten Welle ausgewertet werden und zum Verriegeln führen.
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Die
WO 2005/063 547 A1 beschreibt, dass bei einer Überlagerungslenkung bei Vorhandensein eines äußeren Lastmoments, das nicht kompensierbar ist, durch ein Sicherheitsmodul ein Überlagerungsgetriebe verriegelt wird.
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Um das Gesamtsystem vor Überlastung zu schützen, ist in den Druckschriften
EP 0904 225 B1 und
DE 10 2006 007 250 A1 beschrieben, dass der von dem Elektromotor auf die dritte Welle aufgeprägte Zusatzwinkel beschränkt werden kann. Die
EP 0904 225 B1 sieht eine solche Beschränkung beim Erreichen eines Lenkanschlags der Lenkhandhabe vor. Die
DE 10 2006 007 250 A1 sieht eine solche Beschränkung vor, wenn ein dem Überlagerungsgetriebe und der zweiten Welle nachgeordnetes Servolenkungssystem (Hilfskraftlenkung) überlastet sein könnte.
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Die
DE 103 53 084 A1 offenbart in diesem Zusammenhang ein hilfskraftunterstütztes Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mit Überschreiten eines Leistungs-Grenzwertes für das die Hilfskraftunterstützung bereit stellende System oder eines Grenzwertes für die Lenkwinkelvorgabe zumindest unter zeitlicher Betrachtungsweise das Übersetzungsverhältnis zwischen der Lenkwinkelvorgabe des Fahrers und dem Hub des Spurstangen-Anlenkpunktes am Lenkgetriebe gegenüber dem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis indirekter eingestellt wird.
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Aus der
WO 2005/063547 A1 ist ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs mit einem Überlagerungslenkungssystem bekannt, bei dem ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel und ein weiterer Winkel ermittelt werden und bei dem nach Maßgabe des eingegebenen Lenkwinkels und des Zusatzlenkwinkels mittels eines Überlagerungsaktuators ein resultierender Lenkwinkel eingestellt wird. Dabei ist vorgesehen, dass durch ein Sicherheitsmodul eine nicht gewünschte Stellbewegung des Überlagerungsaktuators durch ein äußeres Lastmoment verhindert wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Lenkungssystem der eingangs beschriebenen Art möglichst optimal auszunutzen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 2 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:
- -Überwachen eines vom Elektromotor auf die dritte Welle aufgebrachten Moments oder einer vom Elektromotor gezogenen Leistung als überwachte Größe;
- -Festlegen einer Winkelgeschwindigkeit für die Drehung der dritten Welle in Abhängigkeit von der überwachten Größe, wobei die Winkelgeschwindigkeit für die Drehung der dritten Welle bei Überschreiten eines Grenzwerts durch die überwachte Größe kleiner und/oder mit umgekehrtem Vorzeichen festgelegt wird, als wenn bei ansonsten gleichen Bedingungen der Grenzwert nicht überschritten wird; und
- -Verriegeln des Überlagerungsgetriebes, wenn die überwachte Größe einen weiteren Grenzwert überschreitet.
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Die genannten möglichen überwachten Größen sind alle beide solche Größen, aus denen auf die Belastung des Elektromotors rückgeschlossen werden kann. Wird bei einer nicht beanspruchten Ausführungsform der Winkel für die Drehung der dritten Welle in Abhängigkeit von der überwachten Größe festgelegt, so kann bei geringerer Belastung des Elektromotors ein eher größerer Winkel gewählt werden, bei größerer Belastung des Elektromotors ein eher kleinerer Winkel, bei ansonsten gleichen Bedingungen. Dann wird im Grundbetrieb der Elektromotor gut ausgenutzt, weil durch einen großen Winkel ein gutes Übersetzungsverhältnis erzielt wird, während bei einer aktuell drohenden Überlastung des Elektromotors dem Schutz des Elektromotors Vorrang gegeben wird. Die Festlegung des Winkels kann ständig oder wiederholt erfolgen, sodass eine Winkelgeschwindigkeit festgelegt wird.
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Somit ist eine optimale Ausnutzung des Elektromotors in Einklang mit dessen langfristiger Betriebsfähigkeit gebracht.
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Am einfachsten ist es, wenn untersucht wird, ob ein aktueller Wert für die überwachte Größe oberhalb oder unterhalb eines Grenzwerts liegt. Die überwachten Größen sind alle beide so ausgewählt, dass bei Überschreiten des passend gewählten Grenzwerts ein Überlastzustand besteht. Neben dem Verwenden eines Grenzwerts für das Kriterium, wie der Winkel für die Drehung der dritten Welle festzulegen ist, können alternativ oder zusätzlich auch Zeitableitungen berücksichtigt werden, um so insbesondere auch eine Entwicklung vorhersagen und dadurch abwenden zu können.
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Das Verriegeln des Überlagerungsgetriebes ist als zusätzliche Maßnahme vorgesehen, aber erst nach einer Reduzierung des Winkels für die Drehung der dritten Welle. Beispielsweise wird ein weiterer Grenzwert (der größer als der oben genannte Grenzwert ist) festgelegt, oberhalb dessen das Überlagerungsgetriebe verriegelt wird.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist geeignete Mittel zum Messen der bereits zum erfindungsgemäßen Verfahren genannten zu überwachenden Größen auf. Betreffend die gezogene Leistung sind bevorzugt der gezogene Strom und die anliegende Spannung gesondert zu messen, letztere kann am Bordnetzabgriff gemessen werden. Die Steuereinheit ist dann weiterhin erfindungsgemäß ausgelegt, eine Winkelgeschwindigkeit für die Drehung in Abhängigkeit von der zu überwachenden Größe festzulegen, wobei die Winkelgeschwindigkeit für die Drehung der dritten Welle bei Überschreiten eines Grenzwerts durch die überwachte Größe kleiner und/oder mit umgekehrtem Vorzeichen festgelegt wird, als wenn bei ansonsten gleichen Bedingungen der Grenzwert nicht überschritten wird, und Steuersignale an den Elektromotor zu geben, damit dieser eine Drehung mit der festgelegten Winkelgeschwindigkeit veranlasst. Das Überlagerungsgetriebe ist durch elektromechanische Mittel verriegelbar, die mit der Steuereinheit gekoppelt sind, und wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, die elektromechanischen Mittel in Abhängigkeit von der zu überwachenden Größe durch Steuersignale derart anzusteuern, dass das Überlagerungsgetriebe verriegelt wird, wenn die überwachte Größe einen weiteren Grenzwert überschreitet.
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Genauso, wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verriegeln des Überlagerungsgetriebes vorgesehen ist, ist demnach auch beim Vorrichtungsaspekt der Erfindung vorgesehen, dass das Überlagerungsgetriebe verriegelbar ist, vorliegend elektromechanisch verriegelbar ist. Hierzu vorhandene Mittel sind dann als mit der Steuereinheit gekoppelt auszuführen und selbige dazu auszulegen, die elektromagnetischen Mittel in Abhängigkeit von der zu überwachenden Größe durch Steuersignale anzusteuern und gegebenenfalls ein Verriegeln zu bewirken.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur die zu der Beschreibung der Erfindung wesentlichen Bauteile eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs zeigt.
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In einem im Ganzen mit 10 bezeichneten Kraftfahrzeug werden Räder 12 vermittels eines Lenkrads 14 als Lenkhandhabe gedreht. Das Lenkrad 14 ist mit einer ersten Welle 16 gekoppelt, der das Lenkrad 14 eine Drehung um einen Winkel δs aufprägt. Der ersten Welle 16 ist ein so genanntes Überlagerungsgetriebe 18 nachgeordnet. Das Überlagerungsgetriebe 18 kann ein Wellgetriebe oder ein Planetengetriebe sein. Ausgangsseitig des Überlagerungsgetriebes 18 ist eine zweite Welle 20 in Richtung zu den Rädern geführt. Das Überlagerungsgetriebe 18 zeichnet sich dadurch aus, dass eine dritte Welle 22 in es hineingeführt ist und einen zweiten Eingang bildet. Ein Elektromotor 24 kann der dritten Welle einen Drehwinkel δM als Winkel aufprägen. Das Überlagerungsgetriebe 18 erzeugt dann ausgangsseitig einen Winkel δG, um den sich die zweite Welle 20 dreht, der eine Funktion der Eingangswinkel δS und δM ist, typischerweise durch Addition aus diesen beiden Winkeln hervorgeht.
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Die Überlagerungslenkung erlaubt es, vermittels des Elektromotors 24 den Fahrzeugführer bei der Lenkung zu unterstützen, nämlich der zweiten Welle 20 einen größeren oder kleineren Winkel aufzuprägen, als dies der Fahrzeugführer 14 allein tut. In dem Kraftfahrzeug 10 ist der zweiten Welle 20 eine eine Hilfskraft bereitstellende Einheit 26 nachgeordnet. Diese auch als Servolenkung bezeichnete Einheit erleichtert dem Fahrzeugführer das Lenken der Räder 12.
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Der Elektromotor 24 wird vorliegend optimal ausgenutzt. Er wird von einer Steuereinheit 28 angesteuert. Diese erhält von einem Lenkwinkelsensor 30 ständig eine Information über den der ersten Welle 16 aufgeprägten Winkel δS. Die Steuereinheit 28 legt fest, welchen Wert der der dritten Welle 22 von dem Elektromotor 24 aufgeprägte Zusatzwinkel δM haben soll.
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Die Steuereinheit 28 erhält ständig Informationen über den Betriebszustand des Elektromotors 24. Diese Informationen können das Moment M sein, das auf die dritte Welle 22 wirkt, der von dem Elektromotor 24 gezogene Strom I oder die vom Elektromotor 24 gezogene Leistung P, oder auch mehrere dieser Größen gleichzeitig. Erreicht der Elektromotor 24 seine Leistungsgrenze, so wird dies anhand der überwachten Größe M, I und/oder P durch die Steuereinheit 28 erkennbar, z. B. über ein Schwellwertkriterium. Die Steuereinheit 28 bewirkt unmittelbar daraufhin, dass der Winkel δM nicht mehr auf die Art und Weise von dem Lenkwinkel δS abhängig ist wie vor der Überlastung des Elektromotors 24. Insbesondere wird δM kleiner gewählt, als er es sonst wäre. Dadurch wird der Motor 24 sofort entlastet.
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Weil die Steuereinheit 28 ständig Informationen über die Belastung des Motors 24 selbst in direkter Weise erhält, kann eine Überlastung des Elektromotors 24 vermieden werden. Umgekehrt bedeutet dies, dass im Grundbetrieb näher an der Überlastgrenze des Elektromotors 24 gearbeitet werden kann, als dies sonst möglich wäre, so dass der Elektromotor 24 optimal ausgenutzt wird.
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Es ist vorgesehen, dass in einem Fall extremer Überlast, bei Überschreiten eines zweiten Grenzwertes durch die überwachte Größe M, I und/oder P, die Steuereinheit 28 eine elektromagnetische Verriegelung 32 des Überlagerungsgetriebes 18 ansteuert und so bewirkt, dass das Übersetzungsverhältnis konstant bleibt. In diesem Falle wird der Elektromotor 24 unmittelbar stark entlastet.
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In der FIG ist dargestellt, dass der Steuereinheit 28 die Größe P, die von dem Elektromotor 24 gezogene Leistung, zugeführt wird. Genauso kann der Steuereinheit 28 auch der Strom I und die am Elektromotor 24 anliegende Spannung U zugeführt werden, und aus diesen Größen kann die Steuereinheit 28 durch Multiplikation die Größe P errechnen.
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Das Überwachen der unmittelbar zu dem Elektromotor 24 zugehörigen Parameter M und/oder P steht nicht im Widerspruch dazu, dass die Steuereinheit 28 auch andere Größen überwachen kann und in in der FIG nicht dargestellter Weise eine Reaktion in Abhängigkeit von Werten dieser anderen Größe zeigt. Insbesondere kann eine Überlastung von Systemeinheiten, z. B. der die Hilfskraft bereitstellenden Einheit 26 erkannt werden und auch dann der Zusatzwinkel δM verringert werden. Vorliegend ist eine Überwachung von Größen an Bauteilen außerhalb des Elektromotors 24 mit der dritten Welle 22 jedoch nicht nötig, um den Elektromotor 24 vor Überlast zu schützen. Vielmehr erfolgt eine Messung durch geeignete Sensoren und Messeinrichtungen direkt an dem Motor 24 mit der Welle 22 selbst.
