DE102019219392A1

DE102019219392A1 - Steer-by-Wire Lenksystem

Info

Publication number: DE102019219392A1
Application number: DE102019219392.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kurz; Tobias Ritz; Christian Riese; Matthias Ehrmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems für ein Kraftfahrzeug, welches mindestens einem Lenkaktuator zum Verstellen der lenkbaren Räder aufweist, wobei der Lenkaktuator eine Bremse (5) umfasst und wobei die Bremse (5) in Abhängigkeit der Fahrsituation den Lenkaktuator bremsen kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Steer-by-Wire Lenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Steer-by-Wire Lenksystem nach Anspruch 8 welches das oben genannte Verfahren ausführen kann.
Stand der Technik
Bei klassischen Lenksystemen besteht eine mechanische Verbindung zwischen der Lenksäule und dem Lenkgetriebe. Bei zukünftigen Steer-by-Wire Lenksystemen fällt diese Verbindung weg. Statt einer Lenksäule werden die Lenkeingaben des Fahrers elektronisch an ein Steuergerät übermittelt, welches dann den Lenkaktuator zur Verstellung der Räder des Fahrzeugs ansteuert.
Für die Aktuierung, also die Verstellung der Räder, kann wie bisher ein zentraler Lenksteller verwendet werden. Dabei wird die Rotation eines Elektromotors über ein Getriebe auf die Lenkstange übertragen, welche sich dann translatorisch bewegt und den Lenkwinkel an den Rädern einstellt.
Es können aber auch dezentrale Einzelradsteller verwendet werden, das heißt an jedem Rad ist jeweils ein Aktuator zur Verstellung des Lenkwinkels angeordnet. Dadurch können zum einen höhere Lenkwinkel eingestellt werden und zum anderen wird Platz gewonnen, da der zentrale Lenksteller wegfällt.
Es ist bekannt, dass bei Einzelradstellern ein selbsthemmendes Getriebe verwendet wird. Dies kann kritisch sein, wenn ein solche Einzelradsteller an der Vorderachse bei hohen Lenkwinkel ausfällt. Daher ist diese Ausführung nur für geringe Lenkwinkel an der Hinterachse geeignet.
Alternativ kann für den Lenksteller ein Getriebe ohne Selbsthemmung verwendet werden. Fährt das Fahrzeug allerdings beispielsweise gegen einen Bordstein oder durch ein Schlagloch, muss der Lenksteller kurzzeitig sehr hohe Kräfte aufnehmen, wodurch eine entsprechende Motorgröße notwendig wird.
Zudem muss während des Fahrens die Radposition gehalten werden. Dazu muss der Lenkaktuator immer wieder aktiviert werden, wodurch der Energieverbrauch steigt.
Es ist damit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für einen Lenkaktuator bereit zu stellen, wodurch der Lenkaktuator einen geringen Energieverbrauch aufweisen soll.
Die Lösung vorstehend genannter Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Steer-by-Wire Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Offenbarung der Erfindung
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird bei bestimmten Fahrereignissen eine Bremse angesteuert, welche den Lenkaktuator bremst. Dazu ist nach den Merkmalen von Anspruch 8 an dem Lenkaktuator eine Bremse angeordnet.
Durch die Bremse können je nach Fahrsituation unterschiedlich große Kräfte auf den Lenkaktuator aufgebracht werden. Mit einer ausreichend großen Kraft kann der Lenkaktuator bei einem bestimmten Lenkwinkel gehalten werden. Dadurch wird vorteilhaft Energie gespart, da der Lenkaktuator nicht ständig aktiviert werden muss. Die Bremse kann auch mit einer bestimmten geringeren Kraft angelegt werden um die Reibung im System zu erhöhen.
Bei einem großen Lenkwinkel wirken auf das Lenksystem unter anderem aufgrund der Fahrwerksauslegung immer Rückstellkräfte, das heißt die Räder wollen sich wieder in die zentrale Stellung bewegen. Um den großen Lenkwinkel zu halten, müsste nun der Lenkaktuator ständig aktiviert werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Bremse angesteuert werden, die den Lenkaktuator bei dem eingestellten Lenkwinkel hält.
Auch bei einer Geradeausfahrt wirken auf das Lenksystem Kräfte beispielsweise von der Straße, welche den Lenkwinkel verändern. Zur Korrektur bzw. Halten des Lenkwinkels müsste der Lenkaktuator ständig ein Gegenmoment aufbringen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nun die Bremse leicht angelegt werden. Dadurch wird wieder Energie gespart. Ferner kann hier ein Fahrwerk welches viele Aktivierungen des Lenkstellers erfordern würde kompensiert werden, bzw. eine unter Umständen kostengünstigere oder andersartige Fahrwerksauslegung erfolgen.
Durch entsprechende Sensorik können zukünftige Fahrzeuge Straßenunebenheiten, Schlaglöcher, Bordsteine oder Ähnliches erkennen. Beim Durch- oder Überfahren wirken externe Kräfte auf das Lenksystem, welche zu einem Schlagen des Rades führen können. Um diesen Kräften standzuhalten, müsste der Lenkaktuator entsprechend groß ausgelegt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nun die Bremse beim Erkennen eines solchen Fahrereignisses den Lenkaktuator festhalten.
Bei einem Fehlerfall oder Ausfall des Lenkaktuators bei einem bestimmten Lenkwinkel kann es sein, dass eine Rückstellung der Räder nicht gewünscht ist oder bei der selbständigen Rückstellung ein bestimmter Lenkwinkel erreicht werden soll. Ziel kann es sein, eine ideale Ausfallposition bezüglich Auswirkungen und Kompensationsmöglichkeiten einzunehmen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bremse den Lenkwinkel halten sobald die gewünschte Ausfallposition erreicht ist.
Zudem kann durch die Bremse die Reibung im Lenksystem aktiv beeinflusst und bei Bedarf erhöht werden. Dadurch kann das Auftreten von Schwingungen vermieden werden, welche in Lenkungen problematisch sind. Wenn die kritischen Arbeitspunkte der Lenkung für ungewollte Schwingungen bekannt sind, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren proaktiv die Bremse angelegt werden, wenn aufgrund einer Lenkwinkelforderung in Kürze ein derartiger Arbeitspunkt erreicht wird. Damit werden die Schwingungen gedämpft bzw. vermieden, was wiederum positiv auf den Fahrkomfort wirkt.
Eine weitere Funktion der Bremse ist die aktive Beeinflussung des Rücklaufs der Lenkung. Das Bremsmoment kann je nach Auslegung so dosiert werden, dass beispielsweise der Rücklauf möglichst sanft erfolgt. Hierdurch ergeben sich auch für die Auslegung des Fahrwerks neue Möglichkeiten, da der LenkaktuatorTeile der Grundfunktionalitäten eines Fahrwerks mit beeinflussen kann. Darüber hinaus ist auch eine kleinere Dimensionierung des Lenkstellermotors hierdurch möglich.
Weiterhin kann hiermit auch ein ungewolltes Überschwingen über die Mittellage hinaus vermieden werden, wodurch der Lenkaktuator selbst weiter entlastet wird. Speziell aus hohen Lenkwinkeln stellt das Zentrierverhalten der Achse ein Problem für den Lenkaktuator dar.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Lenkaktuators wird anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

1 eine erste Ausführung des Lenkaktuators mit einer Bremse
2 eine zweite Ausführung des Lenkaktuators mit einer Bremse

In der 1 ist der erfindungsgemäße Lenkaktuator zu sehen, wobei die Bremse 5 auf der Motorseite angeordnet ist. Der Lenkaktuator wird von einem elektrischen Motor 2 angetrieben, wobei die Rotation des Motors über ein Riemengetriebe 4 auf einen Kugelgewindetrieb 3 übertragen wird. Durch den Kugelgewindetrieb 3 wird die Rotation in eine translatorische Bewegung der Lenkstange 1 umgewandelt, welche letztlich über eine Spurstange das Rad verstellt. Die Bremse 5 arbeitet hydraulisch und ist auf der Motorseite so angeordnet, dass sie auf das Riemenrad am Motor wirkt. Für die hydraulische Bremse könnte beispielsweise die Versorgung eines hydraulischen Aktivfahrwerks mit genutzt werden.
In der 2 ist der erfindungsgemäße Lenkaktuator in einer zweiten Ausführung zu sehen. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel, ist die Bremse 5 so angeordnet, dass sie auf den Kugelgewindetrieb wirkt. Die Feder in der Bremse dient der passiven sicheren Rückstellung der Bremse, um ein Blockieren der Lenkung zu vermeiden.
Besonders vorteilhaft kann diese Ausführung als Außenbackenbremse gestaltet sein, welche achssymmetrisch bzw. konzentrisch auf die Spindelmutter des Kugelgewindetriebs wirkt. Dadurch kann die Belastung auf den Kugelgewindetrieb reduziert werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems für ein Kraftfahrzeug, welches mindestens einen Lenkaktuator zum Verstellen der lenkbaren Räder aufweist, wobei der Lenkaktuator eine Bremse (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) in Abhängigkeit der Fahrsituation den Lenkaktuator bremsen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) den Lenkaktuator bei einer Geradeausfahrt bremsen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) den Lenkaktuator bei einem hohen Lenkwinkel bremsen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) den Lenkaktuator im Fehlerfall oder bei Ausfall des Lenkaktuators bremsen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) bei bestimmten Arbeitspunkten der Lenkung aktiviert wird um Schwingungen im Lenksystem zu dämpfen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) den Lenkaktuator beim Rücklauf der Lenkung bremst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) den Lenkaktuator beim Befahren von Straßenunebenheiten bremsen kann.
Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Lenkaktuator zum Verstellen der lenkbaren Räder; dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkaktuator eine Bremse (5) umfasst, welche in Abhängigkeit der Fahrsituation den Lenkaktuator bremsen kann; und dass das Lenksystem das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen kann.
Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkaktuator einen Kugelgewindetrieb (3) umfasst, welcher von einem elektrischen Motor (2) über ein Riemengetriebe (4) angetrieben wird; und dass die Bremse (5) auf eine Riemenscheibe am Motor (2) wirkt oder dass die Bremse (5) auf eine Kugelmutter des Kugelgewindetriebs (3) wirkt.
Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) einen Kolben aufweist und pneumatisch oder hydraulisch wirkt.