DE19607028C1 - Lenkung für nicht spurgebundenes Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkung für nicht spurgebundenes Fahrzeug, mit einer - z. B. als Lenkhandrad ausgebildeten - Lenkhandhabe, die einen Sollwertgeber betätigt, sowie mit ei­ nem sollwertabhängig geregelten motorischen Stellaggregat zur Lenkbetätigung von Fahrzeuglenkrädern, sowie mit einem mit der Lenkhandhabe antriebsverbundenen Handkraftsteller zur Er­ zeugung einer an der Lenkhandhabe fühlbaren Handkraft, welche von einer Signalsumme abhängig ist, die ein von einer ersten Signalgeberanordnung erzeugtes und von der Ist-Stellung der Lenkhandhabe sowie der Fahrgeschwindigkeit abhängiges erstes Signal sowie ein von einer zweiten Signalgeberanordnung er­ zeugtes und von der Stellgeschwindigkeit der Lenkhandhabe so­ wie der Fahrgeschwindigkeit abhängiges zweites Signal umfaßt.

Bei Flugzeugen sind beispielsweise für die Betätigung von Flügelklappen und Leitwerken Anordnungen bekannt, bei denen auf jegliche mechanische Zwangskopplung zwischen den Leitwer­ ken bzw. Flügelklappen einerseits und der zugeordneten Hand­ habe andererseits verzichtet wird. Vielmehr sind die Leitwer­ ke bzw. Flügelklappen mit den entsprechenden Handhaben über eine elektronische Regelstrecke wirkungsverbunden, d. h. die Handhabe gibt einen Sollwert vor, dem dann die Leitwerke bzw. Flügelklappen mittels entsprechend geregelter motorischer Stellaggregate nachgeführt werden. Diese auch als "Fly by wi­ re" bezeichnete Konzeption ist inzwischen derart sicher, daß sie auch in Passagierflugzeugen eingesetzt wird.

Auch bei Fahrzeuglenkungen werden inzwischen vergleichbare Systeme entwickelt, d. h. die Lenkhandhabe bzw. das Lenkhand­ rad betätigen einen Sollwertgeber, und ein sollwertabhängig geregeltes motorisches Stellaggregat übernimmt die Lenkbetä­ tigung der Fahrzeuglenkräder. Da zwischen den Fahrzeuglenkrä­ dern und der Lenkhandhabe bzw. dem Lenkhandrad keinerlei Zwangskopplung vorhanden ist, muß die an der Lenkhandhabe bzw. am Lenkhandrad fühlbare Handkraft mittels eines mit der Lenkhandhabe bzw. dem Lenkhandrad antriebsverbundenen Hand­ kraftstellers erzeugt werden.

Ein derartiges Lenkungssystem entsprechend der eingangs ange­ gebenen Art ist Gegenstand der DE 42 32 256 A1.

Die DE 44 22 031 A1 zeigt eine prinzipiell herkömmliche Fahr­ zeuglenkung, bei der das als Lenkhandhabe vorgesehene Lenk­ handrad mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern zwangsge­ koppelt ist. Zur Verminderung der notwendigen Handkraft ist nach dieser Druckschrift eine elektrische Servounterstützung vorgesehen, deren Steuerung so ausgebildet ist, daß bei Sei­ tenwind oder sonstigen auf das Fahrzeug wirkenden Störein­ flüssen die notwendigen Lenkmanöver automatisiert eingeleitet bzw. erleichtert werden. Durch eine entsprechende Struktur der Steuerung ist gewährleistet, daß bei Störung von System­ teilen ein totaler Funktionsverlust der Servounterstützung soweit als möglich vermieden wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Lenkung der eingangs angegebenen Art ein Steuerkonzept zu schaffen, welches eine erhöhte Sicherheit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Signalgeberanordnungen im Falle einer Störung jeweils ein Ausgangssignal mit konstantem Betrag erzeugen, wie er sich bei fehlerfreiem Betrieb bei höherer Fahrgeschwindigkeit und größeren Lenkwinkeln bzw. Stellgeschwindigkeiten einstellen würde.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei Stö­ rungen der Steuerung des Handkraftstellers noch zumindest nä­ herungsweise ein ähnliches Betriebsverhalten wie bei fehler­ frei arbeitendem System zu gewährleisten. Sobald eine der Si­ gnalgeberanordnungen fehlerhaft arbeitet, wird im Ergebnis automatisch ein Festwert für die Rückstellkraft bzw. den si­ mulierten Lenkwiderstand erzeugt, und zwar analog den Ver­ hältnissen, wie sie sich bei fehlerfreiem Betrieb bei höherer Fahrgeschwindigkeit und größeren Lenkwinkeln bzw. Stellge­ schwindigkeiten einstellen würden.

Bei der Erfindung ist vorteilhaft, daß bei der Steuerung der Handkraft voneinander weitestgehend unabhängige Elemente zur Erzeugung einer Rückstellkraft einerseits sowie eines Wider­ standes ähnlich den Reibungswiderständen einer herkömmlichen Lenkung andererseits eingesetzt werden. Die erste Signalge­ beranordnung erzeugt das Signal für die Rückstellkraft, wäh­ rend die zweite Signalgeberanordnung das Signal für die simu­ lierte Reibung u. dgl. erzeugt. Damit wird eine übersichtli­ che und bei Inspektionen leicht überprüfbare Konstruktion ge­ boten. Darüber hinaus wird ein flexibel einstellbares und beim Fahrbetrieb besonders sicheres Steuerverhalten erzielt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Hand­ kraftsteller durch einen Elektromotor gebildet werden, dessen Stellkraft durch die Signalgeberanordnungen gesteuert wird, die vorzugsweise elektrisch bzw. elektronisch arbeiten.

Bei dieser Ausführungsform läßt sich in besonders einfacher Weise eine Begrenzung der an der Lenkhandhabe bzw. am Lenk­ handrad fühlbaren Handkraft erreichen. Dazu braucht lediglich ein Begrenzer für die elektrische Betriebsspannung vorgesehen zu werden.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders vorteilhafte Aus­ führungsformen beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein schematisiert wiedergegebenes Kraftfahrzeug mit erfindungsgemäßem Lenksystem und

Fig. 2 ein schematisiertes Schaltbild für eine Steuerung eines als Handkraftsteller dienenden Elektromotors.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein im übrigen nicht näher dargestelltes Fahrzeug ein vom Fahrer zu betätigendes Lenkhandrad 1 sowie davon gesteuerte Fahrzeuglenkräder 2. Das Lenkhandrad 1 betä­ tigt einen Sollwertgeber 3, dessen Signale die an den Fahr­ zeuglenkrädern 2 einzustellenden Lenkwinkel wiedergeben. Die­ se Sollwertsignale werden einem Sollwerteingang eines Reglers 4 zugeleitet. Ein Istwerteingang des Reglers 4 ist mit einem Istwertgeber 5 verbunden, dessen Signale die jeweiligen Ist­ werte des Lenkwinkels der Fahrzeuglenkräder 2 wiedergeben. In Abhängigkeit von einem Soll-Istwert-Vergleich steuert der Regler 4 ein beispielsweise elektromotorisches Stellaggregat 6, welches mit den Fahrzeuglenkrädern 2 über ein herkömmli­ ches Lenkgetriebe - beispielsweise Ritzel, Zahnstange, Spur­ stangen - antriebsmäßig verbunden ist und die Lenkbetätigung der Fahrzeuglenkräder 2 übernimmt. Im Ergebnis wird auf diese Weise der Istwert des Lenkwinkels der Fahrzeuglenkräder 2 dem Sollwert nachgeführt, der mittels des Lenkhandrades 1 am Sollwertgeber 3 eingestellt wird.

Das Lenkhandrad 1 ist des weiteren antriebsmäßig mit einem Elektromotor 7 verbunden, welcher in nachfolgend dargestell­ ter Weise als Handkraftsteller dient und eine am Lenkhandrad 1 fühlbare Handkraft steuert, so daß am Lenkhandrad 1 ähnlich wie bei einer herkömmlichen Fahrzeuglenkung mit mechanischem Durchtrieb zwischen Lenkhandrad 1 und Fahrzeuglenkrädern 2 eine Rückstellkraft sowie ein Stellwiderstand fühlbar sind.

Gemäß Fig. 2 ist ein erster Signalgeber 8 eingangsseitig mit einem Signalgeber 9 für die Fahrgeschwindigkeit und einem Si­ gnalgeber 10 verbunden, dessen Signal den Betrag der Abwei­ chung zwischen der Iststellung des Lenkhandrades 1 und dessen Geradeausstellung wiedergibt. In Abhängigkeit von diesen Ein­ gangssignalen wird nach grundsätzlich beliebiger funktionaler Vorgabe ein Ausgangssignal erzeugt. Dem ersten Signalgeber 8 ist eine Schaltstufe 11 nachgeschaltet, die mit einem Sensor 12 verbunden ist, dessen Signal wiedergibt, ob das Lenkhand­ rad 1 gegenüber seiner Geradeausstellung nach links oder rechts verdreht ist. Die Schaltstufe 11 erzeugt nun aus dem Ausgangssignal des Signalgebers 8 und des Sensors 12 ein Aus­ gangssignal U₁, welches als Vorgabe einer Rückstellkraft ange­ sehen werden kann, mit der das Lenkhandrad 1 aus einer gegen­ über der Geradeausstellung verstellten Lage in die Geradeaus­ stellung zurückgestellt werden soll.

Ein zweiter Signalgeber 13 ist eingangsseitig wiederum mit dem Signalgeber 9 für die Fahrgeschwindigkeit und darüber hinaus mit einem Signalgeber 14 verbunden, dessen Signal die Stellgeschwindigkeit des Lenkhandrades 1 wiedergibt. Dem Si­ gnalgeber 13 ist eine Schaltstufe 15 nachgeschaltet, die mit einem Sensor 16 verbunden ist, dessen Signal die Richtung der Verstellung des Lenkhandrades 1 wiedergibt. Aus den Signalen des Signalgebers 13 sowie des Sensors 16 erzeugt die Schaltstufe 15 ein Signal U₂, welches als Vorgabe für einen Stellwiderstand aufgefaßt werden kann, welcher bei einer Ver­ stellung des Lenkhandrades 1 wirksam wird.

Ein dritter Signalgeber 17 kann mit dem Ausgang des Reglers 4 (vgl. Fig. 1) verbunden sein und ausgangsseitig ein Signal U₃ erzeugen, welches die an den Fahrzeuglenkrädern 2 wirksamen Kräfte wiedergibt.

Die Signale U₁, U₂ und U₃ werden in einer Schaltstufe 18 ad­ diert, so daß ein Summensignal U₄ erzeugt wird. Dieses Signal wird nachfolgend einem Begrenzer 19 zugeführt, welcher die Signale der Schaltstufe 18 "abschneidet", sobald sie einen vorgebbaren Betrag übersteigen. Das nunmehr erzeugte Signal U₅ steuert eine Leistungsstufe 20, die den Elektromotor 7 mit einer entsprechenden Betriebsspannung für Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung beaufschlagt, so daß im Ergebnis am Lenk­ handrad 1 begrenzte Rückstellkräfte bzw. simulierte Lenkwi­ derstände fühlbar sind.

Das in Fig. 2 dargestellte System läßt mit einfachen und zu­ verlässigen elektronischen Komponenten verwirklichen.

Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann der Ad­ dierer auch Signale weiterer, nicht dargestellter Sensoren berücksichtigen, die z. B. die Querbeschleunigung, den Schwimmwinkel, die Giergeschwindigkeit oder sonstige Größen registrieren. Damit kann die Handkraft auch in Abhängigkeit von diesen Größen beeinflußt bzw. verändert werden.

Claims (3)

1. Lenkung für nicht spurgebundenes Fahrzeug, mit einer - z. B. als Lenkhandrad (1) ausgebildeten - Lenkhandhabe, die einen Sollwertgeber (3) betätigt, sowie mit einem sollwertab­ hängig geregelten motorischen Stellaggregat (6) zur Lenkbetäti­ gung von Fahrzeuglenkrädern (2), sowie mit einem mit der Lenk­ handhabe antriebsverbundenen Handkraftsteller (Elektromotor 7) zur Erzeugung einer an der Lenkhandhabe fühlbaren Handkraft, welche von einer Signalsumme abhängig ist, die ein von einer ersten Signalgeberanordnung (13, 15) erzeugtes und von der Ist­ stellung der Lenkhandhabe sowie der Fahrgeschwindigkeit abhän­ giges erstes Signal (U₁) sowie ein von einer zweiten Signalge­ beranordnung (13, 15) erzeugtes und von der Stellgeschwindigkeit der Lenkhandhabe sowie der Fahrgeschwindigkeit abhängiges zwei­ tes Signal (U₂) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgeberanordnungen im Falle einer Störung jeweils ein Ausgangssignal mit konstantem Betrag erzeugen, wie er sich bei fehlerfreiem Betrieb bei höherer Fahrgeschwindigkeit und größeren Lenkwinkeln bzw. Stellgeschwindigkeiten einstellen würde.

2. Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine dritte Signalgeberanordnung (17) vorhanden ist, die ein von der Stellkraft des Stellaggregates (6) abhän­ giges Signal erzeugt.

3. Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugbare Handkraft betragsmäßig auf einen vorgegebe­ nen Schwellwert begrenzt ist.