DE19823775A1

DE19823775A1 - Vehicle with steering unit

Info

Publication number: DE19823775A1
Application number: DE19823775A
Authority: DE
Inventors: Michael Haede
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-02
Also published as: JP2000028452A

Abstract

A vehicle with a steering unit (1) moving wheels (2) to change direction has devices provided which detect the static forces working on the steering unit during a constant movement direction of the vehicle. The detected forces are a measure of the friction coefficient of the wheels. Devices are provided that compare the detected forces with specified values. A deviation between them is a measure of the friction coefficient of the wheels. The devices for force measurement are located in or on a steering spindle (8) of the steering unit and also in or on a track rod (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Lenkung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The invention relates to a vehicle with a steering system according to the features the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, ein Fahrzeug mit einer Lenkung, um Räder für eine Rich tungsänderung bewegen zu können, mit Sensoren auszurüsten, die den Straßen zustand, insbesondere einen regennassen oder einen vereisten Straßen zustand, erfassen können. Dies erfolgt zu dem Zweck, daß dem Fahrer des Fahrzeuges für den Fall, daß ein kritischer Betriebszustand in Folge der Nässe und/oder Vereisung der Fahrbahn vorliegt, Hinweise geben zu können, um so mit Unfälle zu vermeiden. Solche Sensoren, die zum Beispiel auf Infrarotbasis arbeiten, wobei der Infrarotstrahl auf die Straßenoberfläche geworfen und re flektiert wird, haben den Nachteil, daß sie ein unzufriedenstellendes Meßer gebnis in Folge einer Verschmutzung, gerade dann, wenn die Straße nass oder vereist ist, liefern. Außerdem stellen diese Sensoren einen zusätzlichen Monta geaufwand und damit höhere Kosten dar. It is known a vehicle with a steering to wheels for a Rich to be able to move, to equip it with sensors that condition, especially a rain-soaked or icy road condition, can capture. This is for the purpose that the driver of the Vehicle in the event that a critical operating condition due to the wet and / or icing of the roadway, to be able to provide information, so to avoid with accidents. Such sensors, for example, based on infrared work, with the infrared beam thrown on the road surface and re has the disadvantage that it is an unsatisfactory knife result of pollution, especially when the road is wet or is iced up, deliver. In addition, these sensors provide an additional assembly effort and thus higher costs.

Weiterhin sind im Bereich der Lenkung des Fahrzeuges Sensoren bekannt, die den Lenkwinkel erfassen; diese Sensoren sind jedoch nicht zur Erfassung des Straßenzustandes geeignet.Furthermore, sensors are known in the area of the steering of the vehicle record the steering angle; however, these sensors are not designed to detect the Suitable for road conditions.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einer Len kung derart zu verbessern, daß die eingangs geschilderten Nachteile vermeidet und eine zuverlässige Aussage über den Straßenzustand, insbesondere einen nassen und/oder vereisten Straßenzustand, ermöglicht.The invention is therefore based on the object of a vehicle with a len kung to improve such that the disadvantages described above avoids and a reliable statement about the road condition, especially one wet and / or icy road conditions.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.

Erfindungsgemäß sind im Bereich der Lenkung Mittel vorgesehen, die während einer konstanten Bewegungsrichtung des Fahrzeuges die auf die Lenkung wir kenden statischen Kräfte erfassen, wobei die erfaßten Kräfte ein Maß für den Reibbeiwert der Räder sind. Die Kräfte, die auf ein Bauteil der Lenkung einwir ken, sind von vielen Einflußgrössen abhängig. Bei konstanter Fahrt im Sinne einer konstanten Bewegungsrichtung des Fahrzeuges, wie beispielsweise eine Autobahnfahrt, sind die erfaßten Kräfte, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der vorliegenden Fahrwerkgeometrie des Fahrzeuges, ein direktes Maß für den Reibbeiwert der Räder auf der Straße. Damit ist eine Erkennung des Fahr bahnzustandes bei konstanter Fahrt möglich, vor allen Dingen auch in einem solchen Fall, in dem die Lenkung des Fahrzeuges von dem Fahrer nicht betä tigt wird, da er zum Beispiel geradeaus auf der Autobahn fährt. Somit ist in die sem Fall eine Rückmeldung des Fahrbahnzustandes über die Lenkung das Lenkrad auf den Fahrer nicht gegeben, so daß im schlimmsten Fall eine Fahr bahnglätte vorliegen kann, die vom Fahrer nicht bemerkt wird. Da in diesem Fall die auf die Lenkung wirkenden Kräfte ein direktes Maß für den Reibbeiwert der Räder auf der Straße darstellen, können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um dem Fahrer mitzuteilen, daß aus dem Fahrbahnzustand eine ge fährliche Situation resultieren kann, um ihn somit zu veranlassen, zum Beispiel die Geschwindigkeit des Fahrzeuges herunterzusetzen. Dies kann beispiels weise durch die Ansteuerung einer Warneinrichtung (akustisch und/oder op tisch) im Cockpit des Fahrzeuges erfolgen.According to the invention, means are provided in the area of the steering which during a constant direction of movement of the vehicle that affects the steering kenden static forces, the detected forces a measure of the Are the coefficient of friction of the wheels. The forces that act on a steering component ken, are dependent on many factors. With constant driving in mind a constant direction of movement of the vehicle, such as one Motorway travel, the forces recorded are taken into account if necessary the present chassis geometry of the vehicle, a direct measure of the Coefficient of friction of the wheels on the road. This is a recognition of the driving track condition possible with constant travel, especially in one such a case in which the driver does not control the vehicle is done, for example, because it drives straight on the highway. Thus, in the sem case a feedback of the road condition via the steering that Steering wheel not given to the driver, so that in the worst case a driving smoothness of the web, which is not noticed by the driver. Because in this If the forces acting on the steering are a direct measure of the coefficient of friction of the wheels on the road, appropriate measures can be taken are to inform the driver that a ge from the road condition dangerous situation can result to cause him to do so, for example reduce the speed of the vehicle. For example wise by activating a warning device (acoustic and / or op table) in the cockpit of the vehicle.

In Weiterbildung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, die die erfaßten Kräfte mit vorgegebenen Werten vergleichen und eine Abweichung voneinander ein Maß für den Reibbeiwert der Räder ist. Dies hat den Vorteil, daß in den vorge gebenen Werten zum Beispiel die Fahrwerksgeometrie, die Eigenschaften der Räder (wie zum Beispiel der Gummimischung) und weitere Einflußgrößen be rücksichtigt werden können, so daß eine Adaption der vorliegenden Erfindung auf jedes beliebige Fahrzeug ermöglicht wird. Dazu ist es lediglich erforderlich, die fahrzeugtypischen Daten zum Beispiel in einen Speicher, in dem die vorge gebenen Werte abgespeichert sind, einzugeben, wobei dieser Prozeß zum Beispiel mittels einer Bandendeprogrammierung erfolgen kann. Auch bei einer nachträglichen Veränderung von fahrzeugtypischen Daten, wie beispielsweise das Aufziehen neuer Räder, kann somit im Rahmen eines Werkstattbesuches angepaßt werden. Weiterhin ist der Einsatz einer "selbstlernenden" Elektronik möglich, der die Parameter wie zum Beispiel die fahrzeugtypischen Daten zu geführt werden und daraus die Vergleichswerte in dem Speicher (zum Beispiel in einem zwei- oder dreidimensionalen Kennfeld) ablegt. Der Speicher kann Bestandteil eines eigenen Steuergerätes für die Auswertung der erfassten Kräfte sein, wohingegen es auch denkbar ist, den Speicher und die Auswertung in einem schon im Fahrzeug vorhandenen Steuergerät (zentrale Steuereinheit, Motorsteuereinheit oder sonstiges Steuereinheiten) zu integrieren. Die Verbin dung von Sensoren zur Erfassung der Kräfte mit dem eigenen Steuergerät so wie einer Warneinrichtung und gegebenenfalls den weiteren Steuergeräten kann über Kabel oder Datenleitungen, insbesondere einem CAN-Bus, erfolgen.In a further development of the invention, means are provided for the detected forces Compare with specified values and enter a deviation from each other Measure of the coefficient of friction of the wheels. This has the advantage that in the pre given values, for example the chassis geometry, the properties of the Wheels (such as the rubber compound) and other influencing factors can be taken into account so that an adaptation of the present invention on any vehicle. All that is required is the vehicle-typical data, for example, in a memory in which the pre given values are stored, this process for Example can be done using a band end programming. Even with one subsequent change of vehicle-typical data, such as The fitting of new bikes can be done during a workshop visit be adjusted. Furthermore, the use of "self-learning" electronics possible that the parameters such as the typical vehicle data and the comparison values in the memory (for example in a two- or three-dimensional map). The memory can Part of a separate control unit for the evaluation of the recorded Forces, whereas it is also conceivable, the memory and the evaluation in a control unit already in the vehicle (central control unit, Engine control unit or other control units) to integrate. The verb using sensors to record the forces with your own control unit such as a warning device and possibly the other control units can be done via cables or data lines, especially a CAN bus.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel zur Kräftemessung in oder an einer Lenkspindel, in oder an einer Spurstange sowie in oder an einer Lenk schubstange der Lenkung des Fahrzeuges angeordnet. Damit sind verschiede ne Einbauorte von Sensoren vorgeschlagen, die die auf die Lenkung wirkenden statischen Kräfte während einer konstanten Bewegungsrichtung des Fahrzeu ges erfassen. Die Wahl des Einbauortes hängt ab von der Lenkungsgeometrie, den verwendeten Materialien sowie dem Meßprinzip der eingesetzten Senso ren.In a further development of the invention, the means for measuring the force are in or on a steering spindle, in or on a tie rod and in or on a steering Push rod of the steering of the vehicle arranged. So that are different Ne suggested locations of sensors that act on the steering static forces during a constant direction of movement of the vehicle enter. The choice of installation location depends on the steering geometry, the materials used and the measuring principle of the Senso used ren.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Lenkung eine Lenkhilfeunterstützung auf. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einer Lenkung mit einer Lenkhilfeunterstützung (insbesondere hydraulisch, elektrohydraulisch, pneuma tisch oder elektromotorisch) hat folgenden Vorteil. Die Lenkung von modernen Fahrzeugen ist in der Regel - auch ohne Lenkhilfeunterstützung - sehr leicht - gän gig ausgelegt, so daß nur eine geringe Rückmeldung der Radkräfte vorliegt. Diese geringe Rückmeldung ist noch um so geringer, je höher die Kraft der Lenkhilfeunterstützung ausfällt. Somit sind auch die Rückmeldekräfte in Bezug auf den Fahrbahnzustand bei einer Lenkung mit einer Lenkhilfeunterstützung wesentlich geringer als bei einer Lenkung ohne Lenkhilfeunterstützung, so daß durch diese Anwendung eine wesentliche Betriebssicherheitssteigerung des Fahrzeuges gegeben ist, um insbesondere kritische Fahrsituationen oder auch Unfälle wirksam zu vermeiden.In a further development of the invention, the steering has steering assistance on. The application of the present invention to a steering with a Power steering assistance (especially hydraulic, electro-hydraulic, pneuma table or electric motor) has the following advantage. The steering of modern Vehicles are usually very light - even without steering assistance gig designed so that there is little feedback of the wheel forces. The lower the feedback, the smaller the higher the power of the Power steering assistance fails. Thus, the feedback forces are also related on the condition of the road when steering with steering assistance much less than with a steering system without steering assistance, so that a significant increase in operational safety of the Vehicle is given, in particular, critical driving situations or Avoid accidents effectively.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Weiterverarbeitung der erfaßten Kräfte in einer Motorsteuereinheit und/oder einer Bremssteuereinheit oder einer son stigen Steuereinheit des Fahrzeuges vorgesehen. Dies bedeutet, daß das Aus gangssignal eines Sensors oder die Ausgangssignale mehrerer Sensoren di rekt oder nach einer vorhergehenden Auswertung oder Filterung an eine Mo torsteuereinheit oder eine Bremssteuereinheit des Fahrzeuges weitergegeben wird, so daß bei Vorliegen bestimmter Bedingungen ein Eingriff in die Motor steuereinheit und/oder ein Eingriff in die Bremssteuereinheit des Fahrzeuges erfolgt, um sicherheitskritische Situationen zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann es beispielsweise vorgesehen sein, daß bei einem kritischen Fahrbahn zustand in Folge von Nässe und/oder Vereisung oder Sonstigem zunächst ein optisches und/oder akustisches Signal an den Fahrer abgegeben wird. Bleibt dieser kritische Zustand bestehen und reagiert der Fahrer nicht in dem Sinne einer Reduzierung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, können die Aus gangssignale der Sensoren in der Lenkung zu einem Eingriff in die Motorsteue rung und/oder die Bremsensteuerung erfolgen, so daß entweder durch Lei stungsrücknahme der das Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine oder ein Eingriff in die Bremsung eine Geschwindigkeitsreduzierung des Fahrzeuges zur Folge hat. Dies erfolgt in Abhängigkeit des erfassten Reibbeiwertes. Dabei ist es denkbar, die Ausgangssignale direkt weiterzuverarbeiten, so daß direkt nach dem Vorliegen einer sicherheitskritischen Kraft (kritischer Reibbeiwert) auch direkt die Warnung an den Fahrer beziehungsweise der Eingriff in eine Steuer einheit erfolgt. Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, eine solche Warnung und darauf aufbauend einen Eingriff in eine Steuereinheit oder den direkten Eingriff in die Steuereinheit erst dann auszuführen, wenn ein vorgegebener Zeitraum verstrichen ist, um kurzfristige sicherheitskritische Fahrbahnzustände, die nicht zu einer Gefährdung des Betriebes führen würden, auszuschließen.A further processing of the invention is a further processing of the detected forces in an engine control unit and / or a brake control unit or a son final control unit of the vehicle provided. This means that the end output signal of a sensor or the output signals of several sensors di rect or to a Mon after a previous evaluation or filtering gate control unit or a brake control unit of the vehicle passed on is, so that in the presence of certain conditions, an intervention in the engine control unit and / or an intervention in the brake control unit of the vehicle is done to avoid safety-critical situations. To this end For example, it can be provided that in a critical road condition as a result of wetness and / or icing or other optical and / or acoustic signal is given to the driver. Remains this critical condition exists and the driver does not react in the sense a reduction in the speed of the vehicle, the off output signals of the sensors in the steering to intervene in the engine control tion and / or the brake control, so that either by Lei Power withdrawal of the engine driving the vehicle or a Intervention in braking to reduce the speed of the vehicle Consequence. This is done depending on the recorded coefficient of friction. It is it is conceivable to process the output signals directly, so that directly after the presence of a safety-critical force (critical coefficient of friction) directly the warning to the driver or the intervention in a tax unity takes place. Alternatively, however, it is also conceivable for such a warning and based on this an intervention in a control unit or the direct one Intervention in the control unit only to be carried out when a predetermined one Period has elapsed to short-term safety-critical road conditions, that would not endanger the operation.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, beschrieben und anhand der Figur erläutert.The invention is based on an embodiment on the however, the invention is not limited, described and with reference to the figure explained.

Fig. 1 zeigt eine Lenkung 1 eines Fahrzeuges, bei der Räder für eine Rich tungsänderung des Fahrzeuges mit der Bezugsziffer 2 versehen sind. Es han delt sich hierbei besonders um die Vorderräder eines Fahrzeuges. Die Räder 2 sind jeweils über einen Lenkhebel 3, eine Lenkschubstange 4, einen Zwi schenhebel 5 sowie über eine Spurstange 6 mit einem Lenkgetriebe 7 verbun den. Das Lenkgetriebe 7 ist wiederum über eine Lenkspindel 8 mit einem Lenk rad 9 im Inneren des Fahrzeuges verbunden. Mittels des Lenkrades 9 ist in an sich bekannter Weise die Lenkung 1 betätigbar. Fig. 1 shows a steering system 1 of a vehicle, in which wheels for a direction change of the vehicle are provided with the reference number 2 . This is particularly the front wheels of a vehicle. The wheels 2 are each connected via a steering lever 3 , a steering push rod 4 , an intermediate lever 5 and a tie rod 6 with a steering gear 7 . The steering gear 7 is in turn connected via a steering spindle 8 to a steering wheel 9 inside the vehicle. The steering 1 can be actuated in a manner known per se by means of the steering wheel 9 .

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß als Mittel zur Erfassung der auf die Lenkung wirkenden statischen Kräfte während einer konstanten Bewegungs richtung des Fahrzeuges wenigstens ein Sensor 11 zur Kräftemessung in ei nem Element der Lenkung 1 angeordnet. In der Fig. 1 ist gezeigt, daß der Sensor in oder an der Spurstange 6 angeordnet ist, um die auf die Spurstange 6 wirkenden Kräfte zu erfassen. Denkbar ist der Einsatz von mehreren Senso ren 11, um gegebenenfalls eine Redundanz zu erreichen. Ebenso ist es denk bar, daß der Sensor 11 oder die Sensoren 11 in den anderen Elementen der Lenkung 1, wie zum Beispiel in dem Lenkhebel 3, der Lenkschubstange 4, dem Zwischenhebel 5 oder auch im Bereich des Lenkgetriebes 7 oder auch in ei nem Lenkstockhebel 10 anzuordnen.According to the invention it is now provided that at least one sensor 11 for force measurement in egg nem element of the steering 1 is arranged as a means for detecting the static forces acting on the steering during a constant movement direction of the vehicle. In Fig. 1 it is shown that the sensor is arranged in or on the tie rod 6, to detect the forces acting on the tie rod 6 forces. It is conceivable to use several sensors 11 in order to achieve redundancy if necessary. It is also conceivable that the sensor 11 or the sensors 11 in the other elements of the steering 1 , such as in the steering lever 3 , the steering push rod 4 , the intermediate lever 5 or in the area of the steering gear 7 or in a steering column arm 10 to arrange.

Das Lenkgetriebe 7 (oder auch andere Elemente der Lenkung 1) kann mit einer Lenkhilfeunterstützung versehen sein.The steering gear 7 (or other elements of the steering 1 ) can be provided with a steering aid.

Weiterhin ist es denkbar, eventuell vorhandene Sensoren zur Lenkwinkelerfas sung oder auch solche Sensoren, die für den Betrieb der Lenkhilfeunterstüt zung erforderlich sind, mit dem Sensor 11 zu kombinieren oder - je nach Meß prinzip - ein und denselben Sensor sowohl für die Erfassung der statischen, auf die Lenkung wirkenden Kräfte und für die Lenkhilfeunterstützung zu verwen den.Furthermore, it is conceivable to combine any existing sensors for steering angle detection or sensors that are required for the operation of the steering assistance support with the sensor 11 or — depending on the measuring principle — one and the same sensor for detecting the static, forces acting on the steering and for steering assistance support.

Aus der vorgenannten Beschreibung resultiert als wesentlicher Vorteil die Er höhung der Betriebssicherheit des Fahrzeuges, insbesondere dann, wenn der Fahrer das Warnsignal nicht wahrnimmt oder absichtlich ignoriert, so daß der folgende automatische Eingriff in die Motorsteuereinheit oder die Bremssteuer einheit bei Vorliegen eines sicherheitskritischen Fahrbahnzustandes die Ge schwindigkeit des Fahrzeuges in einen unkritischen Bereich reduziert. From the above description, the Er results as a significant advantage Increase the operational safety of the vehicle, especially if the Driver does not perceive the warning signal or deliberately ignores it, so that the following automatic intervention in the engine control unit or the brake control unit in the presence of a safety-critical road condition the Ge speed of the vehicle is reduced to an uncritical range.

BezugszeichenlisteReference list

11

Lenkung
steering

22nd

Räder
bikes

33rd

Lenkhebel
Steering lever

44th

Lenkschubstange
Steering push rod

55

Zwischenhebel
Intermediate lever

66

Spurstange
Tie rod

77

Lenkgetriebe
Steering gear

88th

Lenkspindel
Steering spindle

99

Lenkrad
steering wheel

1010th

Lenkstockhebel
Steering column lever

1111

Sensor
sensor

Claims

1. Fahrzeug mit einer Lenkung (1), um Räder (2) für eine Richtungsände rung bewegen zu können, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die während einer konstanten Bewegungsrichtung des Fahrzeuges die auf die Lenkung (1) wirkenden statischen Kräfte erfassen, wobei die erfaßten Kräfte ein Maß für den Reibbeiwert der Räder (2) sind.1. Vehicle with a steering ( 1 ) in order to be able to move wheels ( 2 ) for a change in direction, characterized in that means are provided which detect the static forces acting on the steering ( 1 ) during a constant direction of movement of the vehicle, the detected forces being a measure of the coefficient of friction of the wheels ( 2 ).

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorge sehen sind, die die erfaßten Kräfte mit vorgegebenen Werten vergleichen und eine Abweichung voneinander das Maß für den Reibbeiwert der Räder (2) ist.2. Vehicle according to claim 1, characterized in that means are provided, which compare the detected forces with predetermined values and a deviation from each other is the measure of the coefficient of friction of the wheels ( 2 ).

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kräftemessung in oder an einer Lenkspindel (8) der Lenkung (1) des Fahrzeuges angeordnet sind.3. Vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the means for force measurement in or on a steering spindle ( 8 ) of the steering ( 1 ) of the vehicle are arranged.

4. Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Mittel zur Kräftemessung in oder an einer Spurstange (6) der Lenkung (1) des Fahrzeuges angeordnet sind.4. Vehicle according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the means for measuring the force in or on a tie rod ( 6 ) of the steering ( 1 ) of the vehicle are arranged.

5. Fahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kräftemessung in oder an einer Lenk schubstange (4) der Lenkung (1) des Fahrzeuges angeordnet sind. 5. Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the means for measuring the force in or on a steering push rod ( 4 ) of the steering ( 1 ) of the vehicle are arranged.

6. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lenkung (1) eine Lenkhilfeunterstützung aufweist.6. Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the steering ( 1 ) has a power steering support.

7. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Weiterverarbeitung der erfaßten Kräfte in einer Motorsteuereinheit und/oder einer Bremssteuereinheit des Fahrzeuges.7. Vehicle according to one of the preceding claims, characterized by further processing the detected forces in an engine control unit and / or a brake control unit of the vehicle.