DE102012015988A1

DE102012015988A1 - Lenksystem mit Vorderachslenkung und Hinterachslenkung sowie Verfahren zur Steuerung eines derartigen Lenksystems

Info

Publication number: DE102012015988A1
Application number: DE102012015988.9A
Authority: DE
Inventors: Frank Schöttler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-08-11
Filing date: 2012-08-11
Publication date: 2014-10-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem mit Vorderachslenkung (12) und Hinterachslenkung (14) sowie ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Lenksystems. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug (10) mit einer Vorderachslenkung (12), einer Lenkhilfevorrichtung für die Vorderachslenkung (12), einer Hinterachslenkung (14) und einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung mit einer verbesserten Sicherheit zur Verfügung zu stellen. Für den gleichen Zweck soll ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems zur Verfügung gestellt werden. Ein erfindungsgemäßes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug (10) umfasst • eine Vorderachslenkung (12) mit einer Lenkhilfevorrichtung, • eine Hinterachslenkung (14), • eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung sowie • eine Steuervorrichtung, die mit mindestens einem Mittel zur Einstellung des maximalen Lenkwinkels an der Hinterachslenkung (14) in funktionaler Verbindung steht und derart konfiguriert ist, dass der maximale Lenkwinkel an der Hinterachslenkung (14) vergrößert wird, wenn die Überwachungseinrichtung eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung feststellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem mit Vorderachslenkung und Hinterachslenkung sowie ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Lenksystems.
Aus DE 197 49 005 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung von die Fahrzeugbewegung repräsentierenden Bewegungsgrößen für ein Fahrzeug bekannt, mittels welchen Regelungseingriffe zur Stabilisierung des Fahrzeugs durchführbar sein sollen. In dem Dokument wird auch allgemein Bezug genommen auf Regelungseingriffe in die Lenkung von Vorderachs- und Hinterachslenkungen. Ein konkreter Regelungseingriff für den Fall, dass eine Lenkhilfevorrichtung nur eingeschränkt verfügbar ist, ist dem Dokument nicht zu entnehmen.
Aus WO 2004/005096 A1 ist ein Verfahren zum Sicherstellen oder Aufrechterhalten der Funktion eines komplexen sicherheitskritischen Gesamtsystems mittels verschiedener Notlaufmodi bekannt, das in allgemeiner Form auch auf Lenkungssysteme Bezug nimmt. Ein Notlaufmodus für Lenkungssysteme mit Lenkhilfevorrichtungen ist dem Dokument nicht zu entnehmen.
Aus DE 38 19 837 A1 ist eine lenkungsabhängige Steuerungsvorrichtung für Charakteristika im Fahrverhalten eines Fahrzeugs bekannt, die für Fahrzeuge mit einem Sensor zur Abtastung eines Neutralbereichs der Lenkung vorgesehen ist, welche weitere Einrichtungen aufweist, die es ermöglichen, die Lenkung in einem Notbetrieb weiterhin zu betreiben, wenn der vorstehend genannte Sensor ausfällt. Dazu sind Mittel vorgesehen, mittels welchen ein ”Hilfssignal” abgeleitet wird. Das Signal des ausgefallenen Sensors wird dann im Notbetrieb durch diesen ersetzt. Ein Notbetrieb für Lenkungssysteme mit Lenkhilfevorrichtungen ist dem Dokument nicht zu entnehmen.
Aus DE 41 36 338 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlerbehebung in elektronischen Steuergeräten bekannt, welche in ihrem Grundprinzip mit der in DE 38 19 837 A1 beschriebenen Steuerungsvorrichtung übereinstimmen, jedoch mindestens zwei Notlaufkonzepte umfassen. Ein Notlaufkonzept kommt zur Anwendung, wenn ein Fehler in einem Mikrorechner auftritt; das andere Notlaufkonzept kommt zur Anwendung, wenn Fehler in der Sensorik und/oder der Signalkette vom Sensor zum Mikrorechner auftreten. Auf Lenksysteme mit Lenkhilfevorrichtungen nimmt das Dokument keinen Bezug.
Aus DE 40 20 567 A1 und DE 40 20 568 A1 sind Verfahren zum Betrieb einer Lenkeinrichtung für die Hinterräder von Kraftfahrzeugen mit einer notfallgerechten Steuerung für Notfälle bekannt. Als Beispiele für notfallgerechte Steuerungen wird in den Dokumenten darauf verwiesen, dass der Lenkwinkel der Hinterräder auf 0 gesteuert oder starr auf dem zuletzt eingestellten Wert festgestellt werden kann. Dies soll mit einem zeitlichen Verzug erfolgen.
Aus DE 42 01 577 A1 ist ein elektronisches Steuersystem für ein elektromagnetisches Drosselventil einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dieses weist mehrere Vorrichtungen auf, mittels welchen ein Stellmittel des elektronischen Steuersystems im Falle einer Notsituation in einen sicheren Betriebszustand versetzt werden kann. Dies soll im Wesentlichen durch Unterbrechung der Stromzufuhr über unterschiedliche Sicherheitsmechanismen bewirkt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Vorderachslenkung, eine Lenkhilfevorrichtung für die Vorderachslenkung, einer Hinterachslenkung und einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung mit einer verbesserten Sicherheit zur Verfügung zu stellen. Für den gleichen Zweck soll ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems zur Verfügung gestellt werden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Ansprüchen 1 bzw. 7.
Ein erfindungsgemäßes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst

• eine Vorderachslenkung mit einer Lenkhilfevorrichtung,
• eine Hinterachslenkung,
• eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung sowie
• eine Steuervorrichtung, die mit mindestens einem Mittel zur Einstellung des maximalen Lenkwinkels an der Hinterachslenkung in funktionaler Verbindung steht und derart konfiguriert ist, dass der maximale Lenkwinkel an der Hinterachslenkung vergrößert wird, wenn die Überwachungseinrichtung eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung feststellt.

Das erfindungsgemäße Lenksystem hat den Vorteil, dass bei Ausfall einer in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Lenkhilfe der Vorderachslenkung, beispielsweise einer hydraulischen oder mechanischen Servounterstützung, die Lenkbarkeit des Kraftfahrzeuges und somit die Sicherheit verbessert wird. Denn der Ausfall einer Lenkhilfe führt üblicherweise zu einer signifikanten Erhöhung des Lenkmoments. Dies kann, insbesondere wenn es, während der Fahrt zu einem Ausfall kommt (und besonders bei ungeübten Fahrern) dazu führen, dass das Fahrzeug aufgrund des ungewohnt hohen Lenkmoments nur noch unzureichend gelenkt wird. Das erfindungsgemäße Lenksystem wirkt diesem Problem dadurch entgegen, dass der Lenkwinkel an der Hinterachslenkung vergrößert wird und so die erforderlichen Lenkbewegungen kleiner werden, weil der durch Lenkeinschlag an Vorderachse und Hinterachse gezielte Gesamtlenkwinkel vergrößert wird.
Die Erfindung wird vorzugsweise an existierenden Fahrzeugen angewendet, die bereits über eine aktive Hinterachslenkungen verfügen. Bei derartigen Hinterradlenkungen ist der maximale Lenkwinkel in den meisten Fällen auf einen kleinen Lenkwinkel begrenzt, z. B. auf ±1°, ±2°, ±3°, ±4° oder auf ±5°. Der Lenkwinkel an der Hinterachse wird gleichsinnig zu dem Lenkwinkel an der Vorderachse eingestellt, wenn die größere Stabilität des Fahrzeugs und ein besserer Geradeauslauf erzielt werden soll. Der Lenkwinkel an der Hinterachse wird gegensinnig zum Lenkwinkel an der Vorderachse eingestellt, wenn die Wendigkeit des Fahrzeugs durch eine Vergrößerung der Gesamtlenkwinkels erhöht werden soll. Durch die vorliegende Erfindung soll der Gesamtlenkwinkel vergrößert werden. Sie bezieht sich somit auf den zweiten Fall einer gegensinnigen Bewegung der Räder an Vorderachse und Hinterachse. Stellt die Überwachungseinrichtung eine eingeschränkte Funktionalität der Lenkhilfevorrichtung fest, wird der maximale Lenkwinkel an der Hinterachslenkung vergrößert und beispielsweise auf ±6°, ±8°, ±10°, ±15° oder auf ±20° eingestellt.
Als Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung eignen sich insbesondere Vorrichtungen zur Messung des Lenkmoments. Derartige Vorrichtungen sind bei vielen Lenksystemen bereits vorhanden, insbesondere bei aktiven Lenksystemen und bei elektromechanischen Lenksystemen. In diesem Fall kann eine bereits vorhandene Vorrichtung für das erfindungsgemäße Lenksystem genutzt werden, ohne dass die Herstellungskosten des Kraftfahrzeuges sich erhöhen.
In einer besonders einfachen Ausführungsform kann das Lenksystem zwei Funktionszustände umfassen, indem ein Schwellwert für das Lenkmoment festgelegt wird, der unterschritten werden muss, damit die Lenkhilfevorrichtung als funktionsfähig angesehen wird. Wird der Schwellwert überschritten, meldet die Überwachungsvorrichtung eine nicht bzw. eingeschränkt funktionsfähige Lenkhilfevorrichtung und veranlasst die Steuervorrichtung zur Vergrößerung des maximalen Lenkwinkels an der Hinterachslenkung.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Lenksystem drei, vier oder mehr Funktionszustände umfassen. Dazu können zwei, drei oder vier Schwellwerte festgelegt werden, bei deren jeweiligen überschreiten der nächste Funktionszustand aktiviert und der maximale Lenkwinkel um einen vorgegebenen Wert vergrößert wird.
Ebenfalls möglich ist es, den Lenkwinkel mit Hilfe einer Kennlinie kontinuierlich oder in anderer Art und Weise an ein überhöhtes Lenkmoment und somit eine nicht ordnungsgemäß arbeitende Lenkhilfevorrichtung anzupassen.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems ist die Steuervorrichtung zur Berücksichtigung und Auswertung von Fahrzustandsinformationen ausgebildet. Mit Fahrzustandinformationen ist insbesondere die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit gemeint. Es kann die Fahrsicherheit positiv beeinflussen und den zulässigen maximalen Winkel an der Hinterachslenkung auf einen kleinen Wert (z. B. auf ±1°, ±2°, ±3°, ±4° oder auf ±5°) begrenzen, wenn eine gewisse Fahrzeuggeschwindigkeit überschritten wird (z. B. 80 km/h, 100 km/h, 120 km/oder 160 km/h). Analog zu der oben im Zusammenhang mit dem, Lenkmoment beschriebenen Anpassbarkeit, können die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder weitere Fahrzustandsinformationen zur Definition einer Vielzahl von Funktionszuständen und somit einer detaillierteren Abstimmung des Lenksystems verwendet werden. Mit Fahrzustandsparametern sind alle messbaren Größen gemeint, die eine sinnvolle Prognose hinsichtlich realisierbarer sicherer Lenkwinkeleinstellungen ermöglichen. Nur beispielhaft wird diesbezüglich auf den aktuellen Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn, auf die aktuelle Querbeschleunigung und auf den aktuellen Schlupf verwiesen.
Vorzugsweise sind die Vorderachslenkung und/oder die Hinterachslenkung eines erfindungsgemäßen Lenksystems elektromechanische Lenkungen. Solche Lenksysteme umfassen ein oder mehrere Elektrostellmotoren mit entsprechendem Steuergerät als Lenkhilfevorrichtungen. Derartige Lenksysteme sind im Vergleich zu hydraulischen Lenksystemen sehr kompakt und auch sicher, da bei einem Unfall kein Hydrauliköl austreten kann. Elektromechanische Lenkungen haben darüber hinaus den Vorteil, dass sie praktisch beliebig programmierbar sind und somit eine Realisierung des erfindungsgemäßen Systems ohne nennenswerte Zusatzkosten ermöglichen, sofern die gewünschten Lenkwinkel aus baulichen Gründen möglich sind.
Falls die Hinterachslenkung eine separate Lenkhilfevorrichtung aufweist, erhöht sich das vom Fahrer aufzubringende Lenkmoment für die Betätigung der Hinterachslenkung bei Vergrößerung des maximalen Lenkwinkels nicht.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems sind die die Vorderachslenkung und die Hinterachslenkung mit ein oder mehreren Steuergeräten verbunden, die Bestandteil eines gemeinsamen Bussystems sind. Da derartige Bussysteme in den meisten heutigen Kraftfahrzeugen enthalten sind, können diese für die Implementation der Erfindung, insbesondere für die Nutzung bereits vorhandener und die Generierung neuer Informationen sowie für den Transfer dieser Informationen genutzt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges

• mit einer Vorderachslenkung umfassend eine Lenkhilfevorrichtung und
• einer Hinterachslenkung,

In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Fahrer des Kraftfahrzeuges eine optische, akustische und/oder haptische Rückmeldung gegeben, sobald eine eingeschränkte Funktionalität festgestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer ein Feedback darüber erhält, dass sich das Lenkverhalten des Kraftfahrzeugs geändert hat bzw. in Kürze verändern wird.
Alternativ oder in Ergänzung zu der vorstehend beschriebenen Rückmeldung kann der zweite maximale Lenkwinkel erst nach Ablauf einer Verzögerungszeit und/oder über eine Mindeststellzeit eingestellt werden. Eine Verzögerungszeit kann beispielsweise 0,5 Sekunden, eine Sekunde oder 3 Sekunden nach einer Rückmeldung bzw. nach Feststellung einer eingeschränkten Funktionalität der Lenkhilfevorrichtung betragen. Eine Mindeststellzeit kann auf konstante Zeitwerte, wie beispielsweise 3 Sekunden oder 5 Sekunden gesetzt werden. Sie kann auch auf konstante Änderungswerte, wie z. B. in Abhängigkeit der Winkelveränderungen gesetzt werden, z. B. 1° Winkelveränderung pro Sekunde etc.
Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem wurde bereits darauf verwiesen, dass der zweite maximale Lenkwinkel in Abhängigkeit des Lenkmoments, der Geschwindigkeit und/oder sonstiger Fahrzustandsparameter des Kraftfahrzeuges vorgegeben werden kann.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenksystems mit funktionsfähiger Lenkhilfevorrichtung und
2 das in 1 gezeigte Lenksystem nach Feststellung einer eingeschränkten Funktionalität der Lenkhilfevorrichtung.
Die 1 und 2 zeigen ein Kraftfahrzeug 10 mit einer elektromechanischen Vorderachslenkung 12 mit einer nicht dargestellten Lenkhilfevorrichtung und einer Hinterachslenkung 14. Die Vorderachslenkung wird über ein erstes Steuergerät 16 angesteuert, die Hinterachslenkung 14 wird über ein zweites Steuergerät 18 angesteuert. Das erste Steuergerät 16 und das zweite Steuergerät 18 sind über ein nicht dargestelltes Bussystem miteinander verbunden. Als Vorrichtung zur Messung des Lenkmoments 20 ist ein Drehmoment-Aufnehmer im Bereich der Lenksäule 22 angeordnet.
Die gepunkteten Linien 24 zeigen den Informationsfluss in den beiden dargestellten Zuständen. In 1 ist das mit der Vorrichtung zur Messung des Lenkmoments 20 festgestellte Lenkmoment geringer als der Basis-Schwellwert, d. h. die Lenkhilfevorrichtung funktioniert einwandfrei. Informationen fließen daher über das erste Steuergerät 16 bis zum zweiten Steuergerät 18. Ist das erste Steuergerät 16 defekt oder meldet die Vorrichtung zur Messung des Lenkmoments 20 einen Wert, der auf eine Funktionalitätsstörung der Lenkhilfevorrichtung schließen lässt, wird das zweite Steuergerät 18 direkt mit Informationen ”versorgt” und der maximale Lenkwinkel an der Hinterachslenkung vergrößert. In 1 beträgt der maximale Lenkwinkel der Hinterachslenkung beispielsweise ±3°, in 2 beispielsweise ±15°.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: Vorderachslenkung
14: Hinterachslenkung
16: erstes Steuergerät
18: zweites Steuergerät
20: Vorrichtung zur Messung des Lenkmoments
22: Lenksäule
24: Informationsfluss (gepunktete Linien)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19749005 A1 [0002]
WO 2004/005096 A1 [0003]
DE 3819837 A1 [0004, 0005]
DE 4136338 A1 [0005]
DE 4020567 A1 [0006]
DE 4020568 A1 [0006]
DE 4201577 A1 [0007]

Claims

Lenksystem für ein Kraftfahrzeug (10) umfassend eine Vorderachslenkung (12) mit einer Lenkhilfevorrichtung, eine Hinterachslenkung (14) sowie eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die mit mindestens einem Mittel zur Einstellung des maximalen Lenkwinkels an der Hinterachslenkung (14) in funktionaler Verbindung steht und derart konfiguriert ist, dass der maximale Lenkwinkel an der Hinterachslenkung (14) vergrößert wird, wenn die Überwachungseinrichtung eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung feststellt.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung eine Vorrichtung zur Messung des Lenkmoments (20) umfasst.
Lenksystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung zur Berücksichtigung und Auswertung von Fahrzustandsinformationen ausgebildet ist.
Lenksystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderachslenkung (12) und/oder die Hinterachslenkung (14) eine elektromechanische Lenkung ist.
Lenksystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterachslenkung (14) ebenfalls eine Lenkhilfevorrichtung aufweist.
Lenksystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderachslenkung (12) und die Hinterachslenkung (14) mit ein oder mehreren Steuergeräten verbunden sind, die Bestandteil eines Bussystems sind.
Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges (10) mit einer Vorderachslenkung (12) umfassend eine Lenkhilfevorrichtung und einer Hinterachslenkung (14), bei welchem mit Hilfe einer Überwachungseinrichtung die Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterachslenkung (14) mit einem ersten maximalen Lenkwinkel betrieben wird, wenn die Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung festgestellt wird und die Hinterachslenkung (14) mit einem zweiten maximalen Lenkwinkel betrieben wird, wenn die Funktionsfähigkeit der Lenkhilfevorrichtung eingeschränkt ist, wobei der zweite maximale Lenkwinkel größer ist als der erste maximale Lenkwinkel.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrer des Kraftfahrzeuges (10) eine optische, akustische und/oder haptische Rückmeldung gegeben wird, sobald eine eingeschränkte Funktionalität festgestellt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite maximale Lenkwinkel erst nach Ablauf einer Verzögerungszeit und/oder über eine Mindeststellzeit eingestellt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite maximale Lenkwinkel in Abhängigkeit des Lenkmoments, der Geschwindigkeit und/oder sonstiger Fahrzustandsparameter des Kraftfahrzeuges (10) vorgegeben wird.