DE19841913A1 - Elektromechanischer Lenksteller mit mechanischer Rückfallebene - Google Patents
Elektromechanischer Lenksteller mit mechanischer RückfallebeneInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Lenksteller, insbesondere für die Steer-by-wire Anwendung in Kraftfahrzeugen, mit einem elektronischen regel/Steuerwerk (1), das wenigstens Lenksignale (S1) für einen elektrischen Stellmotor (2; 2a, 2b) erzeugt, der an einem gelenkten Glied (3) einer Radlenkung angreift, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine schaltbare Kupplung (4) vorgesehen ist, die beim Auftreten eines Fehlers im Lenksystem in Reaktion auf ein vom Regel/Steuerwerk (1) erzeugtes Signal (S0) das Lenkrad (6) formschlüssig mit dem gelenkten Glied (3) verbindet.
Description
Die Erfindung geht aus von einem elektromechanischen
Lenksteller, insbesondere für die Steer-by-wire Anwendung
in Kraftfahrzeugen, mit einem elektronischen
Regel/Steuerwerk, das wenigstens Lenksignale für einen
elektrischen Stellmotor erzeugt, der an einem gelenkten
Glied einer Radlenkung angreift.
Ein derartiger Lenksteller ist aus der DE-OS 40 31 316
bekannt. Das daraus bekannte Lenksystem für Kraftfahrzeuge
überlagert dem Lenkradwinkel einen Zusatzwinkel, wodurch
der Lenkwinkel der Räder unabhängig vom Lenkradwinkel
verändert werden kann. Damit werden Vorteile hinsichtlich
der Fahrdynamik, Fahrsicherheit und Fahrkomfort erzielt.
Weitere Einsatzmöglichkeiten eines derartigen Lenksystems
sind automatische Spurführung sowie "Steer-by-wire". Bei
dem bekannten Lenksteller besteht immer eine mechanische
Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Rädern.
Bei der Steer-by-wire-Lenkung, bei der es keine mechanische
Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem gelenkten Glied,
z. B. eines Lenkgetriebes, mehr gibt, muß Sorge dafür
getragen werden, daß der Lenksteller im Fehlerfall, z. B.
beim Ausfall der Spannungsversorgung, des elektronischen
Regel/Steuerwerks und/oder des Stellmotors, dennoch eine
sichere Lenkung des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen elektromechanischen
Lenksteller derart zu ermöglichen, daß auch im Fehlerfall
des Lenkstellers eine sichere Lenkung des Fahrzeuges und
ein stromloser Notbetrieb gewährleistet ist. Dabei soll der
erfindungsgemäße elektromechanische Lenksteller keine
hydraulischen Komponenten und auch keinen zweiten
Stellmotor aufweisen.
Dadurch, daß, wie die Erfindung vorschlägt, eine schaltbare
Kupplung vorgesehen ist, die beim Auftreten eines Fehlers
im Lenksystem in Reaktion auf ein vom Regel/Steuerwerk
erzeugtes Signal das Lenkrad formschlüssig, d. h.
mechanisch, mit dem gelenkten Glied der Radlenkung
verbindet, sind keine hydraulischen Komponenten notwendig
und ist eine hohe Sicherheit erreicht.
Bei einer Ausführungsform wird das gelenkte Glied durch die
Zahnstange einer Zahnstangenlenkung gebildet, und die
schaltbare Kupplung ist in der Lenkradwelle zwischen dem
Lenkrad und einem in die Zahnstange eingreifenden Ritzel
angeordnet.
Bei einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen
Lenkstellers ist die Zahnstange ebenfalls eine
Zahnstangenlenkung, und die schaltbare Kupplung rückt im
Fehlerfall ein Ritzel des elektrischen Stellmotors außer
Eingriff mit der Zahnstange und gleichzeitig ein
Lenkradritzel in Eingriff mit der Zahnstange.
Bei einer alternativen Ausführung ist der elektrische
Stellmotor und eine mit dem Lenkrad verbundene Lenkradwelle
jeweils mit einem getrennten Eingang eines
Überlagerungsgetriebes verbunden, das ausgangsseitig am
gelenkten Glied, d. h. beispielsweise an der Zahnstange,
angreift, und die schaltbare Kupplung liegt zwischen dem
Lenkrad und dem Überlagerungsgetriebe.
Um auch im stromlosen Zustand, d. h. im Fehlerfall durch
Schließen der Kupplung die mechanische Verbindung zwischen
Lenkrad und gelenktem Glied herstellen zu können, ist die
Kupplung bei ordnungsgemäßer Funktion gegen die Kraft einer
vorgespannten Feder geöffnet und schließt im Fehlerfall mit
der Kraft der vorgespannten Feder.
Aus diesem Grund ist die Kupplung bei ausgeschalteter
Zündung immer geschlossen und wird bei Einschalten der
Zündung, wenn kein Fehler vorliegt, in Reaktion auf ein
Schaltsignal des Regel/Steuerwerks geöffnet.
Zur Erfassung der Lenkradstellung ist ein erster
Positionssensor an der Lenkradwelle vorgesehen und führt
dem Regel/Steuerwerk ein die Ist-Stellung des Lenkrads
angebendes Signal zu.
Ein zweiter Positionssensor dient dazu, die Auslenkung des
gelenkten Glieds, d. h. insbesondere der Zahnstange oder die
Winkelposition des elektrischen Stellmotors, die mit der
Auslenkung des gelenkten Glieds korrespondiert, zu erfassen
und führt dem Regel/Steuerwerk ein die Ist-Position des
gelenkten Glieds angebendes Signal zu.
Bevorzugt weist das elektronische Regel/Steuerwerk einen
Prozeßrechner auf, der zur Berechnung von Stellsignalen für
den elektrischen Stellmotor wenigstens aus den ihm von den
Positionssensoren zugeführten Ist-Signalen sowie zur
Erzeugung der die schaltbare Kupplung
schließenden/öffnenden Signale wenigstens auf der Grundlage
von ermittelten Fehlerzuständen des Lenksystems
eingerichtet ist.
Außerdem ist der Prozeßrechner zum Empfang eines die
Batteriespannung des Kraftfahrzeugs angebenden Signals
eingerichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Prozeßrechner
außerdem über einen Datenkanal, z. B. ein Bussystem, mit
einem übergeordneten Fahrzeugrechner verbunden und zum
Empfang von Information über den Fahrzustand und/oder
Befehlssignalen zur Fahrzeugstabilisierung oder zur
Steigerung des Lenkkomforts (variable Lenkübersetzung)
eingerichtet.
Bei dem erfindungsgemäßen Lenksteller wird im Normalzustand
die Lenkbewegung der Räder grundsätzlich nur durch den
elektrischen Stellmotor erzeugt. In diesem Regelfall ist
keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Rädern
vorhanden, so daß der Radlenkwinkel gegenüber dem
Lenkradwinkel zur Beeinflussung des Fahrzeugverhaltens
aufgrund weiterer Parameter verändert werden kann. Im
Fehlerfall, z. B. bei keiner oder zu niedriger
Versorgungsspannung ist das Lenken des Fahrzeugs aufgrund
der formschlüssigen mechanischen Verbindung des Lenkrads
mit den Rädern gewährleistet.
Insgesamt werden mit dem erfindungsgemäßen Lenksteller
folgende Vorteile erzielt:
- - Es sind keine hydraulischen Komponenten notwendig;
- - eine hohe Sicherheit ist gewährleistet, da im Fehlerfall die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern hergestellt wird;
- - im Gegensatz zu anderen Steer-by-wire-Systemen ist kein zweiter redundanter Stellmotor nötig, da im Fehlerfall die Stellenergie vom Fahrer kommt;
- - die Fahrzeugstabilisierung ist unabhängig vom Fahrer möglich;
- - die Lenkübersetzung ist je nach Fahrsituation variabel;
- - die Lenkübersetzung ist gemäß Fahrerwunsch bzw. Fahrertyp variabel;
- - die Lenkübersetzung läßt sich im Notbetrieb unabhängig von der Lenkübersetzung im Normalbetrieb wählen;
- - eine automatische Spurführung kann gewählt werden;
- - das Lenkgefühl läßt sich frei zügig gestalten;
- - die erfindungsgemäße Kupplung ermöglicht einen stromlosen Notbetrieb;
- - ferner läßt sich ein Eingriff in die Lenkung durch einen Fahrlehrer im Fahrschulbetrieb einfach realisieren.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
in den nachfolgenden bevorzugten Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Lenkstellers beschreibenden Beschreibung
deutlich, wenn diese bezogen auf die Zeichnung gelesen
wird.
Fig. 1 zeigt schematisch und in Form von
Funktionsblöcken eine erste Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Lenkstellers, bei der ein
Lenkradritzel und ein Ritzel eines elektrischen
Stellmotors an unterschiedlichen Positionen einer
Zahnstange angreifen; und
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Lenkstellers, bei der die
Lenkradwelle und die Welle des elektrischen
Stellmotors jeweils an den separaten Eingängen
eines ausgangsseitig an einer Zahnstange
angreifenden Überlagerungsgetriebe angreifen.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten ersten
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
elektromechanischen Lenkstellers wird die Lenkbewegung der
(nicht gezeigten) Räder mit einem Elektromotor 2a oder 2b
erzeugt, dessen Drehbewegung auf die Zahnstange 3 des
Lenkgetriebes wirkt. Die Drehbewegung des Lenkrads 6 kann
über eine schaltbare Kupplung 4, die im eingeschalteten
Zustand eine formschlüssige Verbindung mit der Lenkradwelle
7 eingeht, ebenfalls auf die Zahnstange 3 übertragen
werden. Bei ordnungsgemäßer Funktion des Lenksystems ist
die Kupplung 4 jedoch gegen eine vorgespannte Feder 13
geöffnet, so daß die Lenkbewegung der Räder ausschließlich
durch den Elektromotor 2a, 2b erzeugt wird. Der
Lenkradwinkel wird mit einem Positionssensor 8 gemessen und
in Form eines Lenkradwinkelsignals S2 an einen geeigneten
als elektronisches Regel/Steuerwerk fungierenden
Prozeßrechner 1 übertragen. Der Prozeßrechner 1 erzeugt
aufgrund des so gemessenen Lenkradwinkels Stellsignale S1
für den elektrischen Stellmotor 2a, 2b, der dann einen
Radlenkwinkel erzeugt, der eine Fahrzeugbewegung
entsprechend dem Fahrerwunsch ergibt. Der Radlenkwinkel
wird mit einem weiteren Positionssensor 11 gemessen, den in
diesem Ausführungsbeispiel entweder der Motor 2a, 2b selbst
oder eine mit dem Motor verbundene Kodierscheibe bildet und
der ein Radlenkwinkelsignal S3 an den Prozeßrechner sendet.
Alternativ kann, wie dies anhand der Fig. 2 ausgeführt
wird, ein separater Winkelsensor für den Radlenkwinkel an
der Zahnstange 3 angebracht sein, der das
Radlenkwinkelsignal S3 erzeugt.
Somit ist im Regelfall keine mechanische Verbindung
zwischen dem Lenkrad 6 und den Rädern vorhanden, so daß die
erwähnte Änderung des Radlenkwinkels unabhängig vom
Lenkradwinkel zur Beeinflussung des Fahrzeugverhaltens
möglich ist. Beim Fehlerfall jedoch, wird die Kupplung 4
durch das Schaltsignal S0 von dem Prozeßrechner 1 in
formschlüssige Verbindung mit der Lenkradwelle 7 und damit
mit dem an der Zahnstange 3 angreifenden Lenkradritzel 9
gebracht.
Um die erwähnte Veränderung des Radlenkwinkels unabhängig
vom Lenkradwinkel zur Beeinflussung des Fahrzeugverhaltens
zu ermöglichen, kann der Prozeßrechner 1 über ein
Leitungssystem, z. B. einen nicht näher beschriebenen
Datenbus 14, Informations- und Befehlssignale S5 über den
Fahrzustand von einem übergeordneten (nicht gezeigten)
Fahrzeugrechner empfangen. Die vom Prozeßrechner 1
daraufhin ermittelten/berechneten Radlenkwinkel werden zur
Modifikation der Stellsignale S1 verwendet, die in Form
entsprechender Signale S6 auch an einen
Lenkradwinkelsimulator 15 übertragen werden, der an der
Lenkradwelle 7 angreift.
Die Kupplung 4 ist bei ausgeschalteter Zündung immer
geschlossen und wird bei eingeschalteter Zündung, sofern
kein Fehler vorliegt, durch das Signal S0 vom Prozeßrechner
1 geöffnet. Dadurch ist auch in besonderen Fahrsituationen,
z. B. beim Abschleppen, ein sicheres Lenken gewährleistet.
Die Kupplung 4 kann auch so ausgeführt sein, daß das
Zahnstangenritzel 9 des Lenkrads und das des Motors 2a
jeweils gegenüberliegend zur Zahnstange angeordnet sind,
und die Ritzel jeweils gemeinsam relativ zur Zahnstange
verschoben werden. Dies ist durch eine nicht näher
ausgeführte Verbindungsstange zwischen der Kupplungsklaue 5
und dem Zahnstangenritzel des elektrischen Stellmotors 2a
angedeutet. Im Fehlerfall oder bei ausgeschalteter Zündung
greift das Lenkradritzel 9 in die Zahnstange 3 ein, bei
ordnungsgemäßen Betrieb das Ritzel des elektrischen
Stellmotors 2a. Der Abstand der beiden Ritzel ist so
gewählt, daß mindestens ein Ritzel, entweder das
Lenkradritzel 9 oder das Motorritzel, in die Zahnstange 3
eingreift, damit beim Umschalten die Zahnstange sich nicht
bewegen kann. Auch hier wird bei ordnungsgemäßem Betrieb
eine Feder 13 in der Kupplung 4 so vorgespannt, daß die
Stellung "Lenkradritzel 9 greift in die Zahnstange 3 ein"
auch im stromlosen Zustand sicher herbeigeführt werden
kann.
Die alternative Anordnung des elektrischen Stellmotors ist
mit der Positionsnummer 2B angedeutet, wo beide Ritzel
beabstandet an derselben Seite der Zahnstange 3 angreifen.
Außer den von den beiden Positionssensoren 8 und 11
erzeugten Positionssignalen S2 und S3 empfängt der
Prozeßrechner 1 noch ein Signal S4, das die
Batteriespannung UBatt der die Versorgungsspannung
liefernden Fahrzeugbatterie angibt, um damit einen Ausfall
bzw. das Vorliegen einer ausreichenden Batteriespannung
überwachen zu können.
Auch bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird die
Lenkbewegung der Räder grundsätzlich durch einen
elektrischen Stellmotor 2 erzeugt, so daß im Regelfall
keine formschlüssige mechanische Verbindung zwischen dem
Lenkrad 6 und den Rädern vorhanden ist.
Anders als in Fig. 1 liegt die Abtriebswelle des
elektrischen Stellmotors 2 und die Lenkradwelle 7 an den
Eingängen eines Überlagerungsgetriebes 10 an, welches
ausgangsseitig an der Zahnstange 3 angreift. Zwischen dem
Lenkrad 6 und dem Überlagerungsgetriebe 10 ist eine
schaltbare Kupplung 4, ähnlich wie in Fig. 1, angeordnet,
die die Verbindung zwischen dem Lenkrad 6 und dem
Überlagerungsgetriebe 10 im Fehlerfall herstellt und im
Normalfall diese Verbindung öffnet, sowie die
lenkradseitige Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes
festsetzt.
Auch hier wird bei ordnungsgemäßem Betrieb eine Feder 13 so
vorgespannt, daß die Stellung "Lenkradwelle 7 greift am
Eingang des Überlagerungsgetriebes 10 an" auch im
stromlosen Zustand sicher herbeigeführt werden kann.
Weitere Merkmale des in Fig. 2 gezeigten
Ausführungsbeispiels können mit den Merkmalen des oben
anhand der Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiels
identisch sein, so daß sich hier ihre nochmalige
Beschreibung erübrigt.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Lenkstellers bezogen sich beispielhaft
auf die Zahnstangenlenkung. Dem Fachmann ist jedoch
deutlich, daß die erfindungsgemäßen Prinzipien auch bei
einer herkömmlichen Spurstangenlenkung bei
Einzelradaufhängungen anwendbar sind.
Claims (11)
1. Elektromechanischer Lenksteller, insbesondere für die
Steer-by-wire Anwendung in Kraftfahrzeugen, mit einem
elektronischen Regel/Steuerwerk (1), das wenigstens
Lenksignale (S1) für einen elektrischen Stellmotor (2;
2a, 2b) erzeugt, der an einem gelenkten Glied (3)
einer Radlenkung angreift, dadurch gekennzeichnet, daß
eine schaltbare Kupplung (4) vorgesehen ist, die beim
Auftreten eines Fehlers im Lenksystem in Reaktion auf
ein vom Regel/Steuerwerk (1) erzeugtes Signal (S0) das
Lenkrad (6) formschlüssig mit dem gelenkten Glied (3)
verbindet.
2. Lenksteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das gelenkte Glied (3) die Zahnstange einer
Zahnstangenlenkung ist, und die schaltbare Kupplung
(4) in der Lenkradwelle zwischen dem Lenkrad (6) und
einem in die Zahnstange (3) eingreifenden
Lenkradritzel (9) angeordnet ist.
3. Lenksteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das gelenkte Glied (3) die Zahnstange einer
Zahnstangenlenkung ist, und die schaltbare Kupplung
(4) im Fehlerfall ein Ritzel des elektrischen
Stellmotors (2a) außer Eingriff mit der Zahnstange (3)
und gleichzeitig ein Lenkradritzel (9) in Eingriff mit
der Zahnstange (3) rückt.
4. Lenksteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrische Stellmotor (2) und eine mit dem
Lenkrad (6) verbundene Lenkradwelle (7) jeweils mit
einem Eingang eines Überlagerungsgetriebes (10)
verbunden sind, das ausgangsseitig am gelenkten Glied
(3) angreift, und die schaltbare Kupplung (4) zwischen
dem Lenkrad (6) und dem Überlagerungsgetriebe (10)
angeordnet ist.
5. Lenksteller nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (4) bei
ordnungsgemäßer Funktion gegen die Kraft einer
vorgespannten Feder (13) geöffnet ist, und im
Fehlerfall mit der Kraft der vorgespannten Feder (13)
schließt.
6. Lenksteller nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (4) bei
ausgeschalteter Zündung immer geschlossen ist und bei
Einschalten der Zündung, wenn kein Fehler vorliegt, in
Reaktion auf ein Schaltsignal (S0) des
Regel/Steuerwerks (1) geöffnet wird.
7. Lenksteller nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-
6, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Lenkradstellung
erfassender erster Positionssensor (8) an der
Lenkradwelle (7) angeordnet ist, der dem
Regel/Steuerwerk (1) ein die Ist-Stellung des Lenkrads
(6) angebendes Signal (S2) zuführt.
8. Lenksteller nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-
7, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein die
Auslenkung des gelenkten Glieds (3) oder die
Winkelposition des elektrischen Stellmotors (2)
erfassender zweiter Positionssensor (11) vorgesehen
ist, der dem Regel/Steuerwerk (1) ein die Ist-Position
des gelenkten Glieds (3) angebendes Signal (S3)
zuführt.
9. Lenksteller nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-
8, dadurch gekennzeichnet, daß das Regel/Steuerwerk
(1) einen elektronischen Prozeßrechner aufweist, der
zur Berechnung von Stellsignalen (S1) für den
elektrischen Stellmotor wenigstens aus den ihm von dem
ersten und zweiten Positionssensor zugeführten Ist-
Signalen (S2, S3) sowie zur Erzeugung der die
schaltbare Kupplung (4) schließenden/öffnenden Signale
(S0) wenigstens auf der Grundlage von ermittelten
Fehlerzuständen des Lenksystems eingerichtet ist.
10. Lenksteller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Prozeßrechner (1) außerdem zum Empfang eines
die Batteriespannung (UBatt) des Kraftfahrzeugs
angebenden Signals (S4) eingerichtet ist.
11. Lenksteller nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßrechner (1)
außerdem über einen Datenkanal (S5) mit einem
übergeordneten Fahrzeugrechner verbunden ist und zum
Empfang von Information über den Fahrzustand und/oder
Befehlssignalen zur Fahrzeugstabilisierung oder zur
Steigerung des Lenkkomforts (variable Lenkübersetzung)
eingerichtet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998141913 DE19841913A1 (de) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | Elektromechanischer Lenksteller mit mechanischer Rückfallebene |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998141913 DE19841913A1 (de) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | Elektromechanischer Lenksteller mit mechanischer Rückfallebene |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19841913A1 true DE19841913A1 (de) | 2000-03-16 |
Family
ID=7880834
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998141913 Ceased DE19841913A1 (de) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | Elektromechanischer Lenksteller mit mechanischer Rückfallebene |
Country Status (1)
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