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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Die
DE 100 32 120 A1 offenbart ein Lenksystem für ein Fahrzeug mit elektrischer Lenkunterstützung EPS (Electric Power Steering). In das Lenksystem ist ein elektrischer Servomotor integriert, mit dem ein Servomoment zur Unterstützung der Lenkbewegung des Verfahrens erzeugt wird.
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Bekannt sind des Weiteren Lenkradverriegelungen, mit denen nach dem Abstellen des Fahrzeugs als Schutz gegen unbefugtes Entwenden die Lenksäule mechanisch verriegelt wird. Der mechanische Schutz kann jedoch bei Aufbietung hoher Kräfte überwunden werden, außerdem muss eine entsprechende mechanische Vorrichtung zur Verriegelung vorgesehen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise ein Lenksystem in einem Fahrzeug, das mit einem Elektromotor zur Erzeugung eines die Lenkbewegung unterstützenden Moments ausgestattet ist, mit einer wirksamen Lenkradverriegelung zu versehen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf den Betrieb eines Lenksystems in einem Fahrzeug, wobei das Lenksystem einen Elektromotor aufweist, welcher direkt oder indirekt ein die Lenkbewegung des Fahrers unterstützendes Moment erzeugt. Im normalen Fahrbetrieb werden sensorisch die Lenkbewegungen ermittelt, welche vom Fahrer erzeugt werden, insbesondere der aktuelle Lenkwinkel und das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment, und ein situationsabhängiges, unterstützendes Moment über den Elektromotor erzeugt. Ebenfalls können auch Fahrzustandsgrößen berücksichtigt werden wie beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit.
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Zur Realisierung einer Lenkradverriegelung kann ohne zusätzliche, mechanische Sperre ein derartiges Lenksystem nach dem Abstellen des Fahrzeugs über eine entsprechende Betätigung des Elektromotors verriegelt werden. Das Lenksystem befindet sich auch nach dem Abstellen des Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, in einem passiven bzw. „schlafenden“ Zustand und wird aktiv, wenn über die Sensorik im Lenksystem eine Lenkbetätigung ermittelt oder über ein Bussystem wie zum Beispeil CAN oder Flexray eine Aktivität erkannt wird, woraufhin der Elektromotor über ein Steuergerät in Abhängigkeit einer ermittelten Lenkbetätigung so angesteuert werden kann, dass über den Elektromotor ein der Lenkbetätigung entgegengesetztes Moment erzeugt wird. Dieses entgegengerichtete Moment behindert die unautorisierte Lenkbewegung, welche von einem Fahrer über das Lenkrad vorgegeben wird. Die Sensorik misst die Lenkbewegung, insbesondere das Lenkmoment und/oder den Lenkwinkel, wobei über das Steuergerät der Elektromotor angesteuert wird, wenn die Messdaten auf eine unautorisierte Lenkbetätigung schließen lassen. Das der Lenkbetätigung entgegengerichtete Moment blockiert die Lenkbetätigung oder erschwert diese zumindest, so dass kein normaler Fahrbetrieb möglich ist. Der Lenkwinkel kann zum Beispiel über die Position des Rotors des Elektromotors oder an einer Hydraulikeinheit oder am Lenkrad bestimmt werden.
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Sobald weitere Messungen auf ein Nachlassen oder einen Fortfall einer unautorisierten Lenkbetätigung schließen lassen, kann auch das Gegenmoment des Elektromotors reduziert werden oder vollständig entfallen.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass auf eine mechanische Lenkradverriegelung verzichtet werden kann. Es wird stattdessen der Elektromotor, welcher im Lenksystem vorhanden ist, zur Generierung des der Lenkbewegung entgegengesetzten Momentes genutzt.
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Der Elektromotor bzw. eine Recheneinheit oder ein Steuergerät, die zur Realisierung der Lenkradverriegelung genutzt werden, können Bestandteil eines vorhandenen Lenksystems sein. Es ist kein zusätzliches Hardware-Bauteil erforderlich, sondern es wird die Lenkradverriegelung auf der Hardware umgesetzt, welche als Grundausstattung zur Lenkung gehört. Hierdurch ist auch eine Absicherung gegen die unbefugte Entwendung des Fahrzeugs gegeben, da bei einer Beschädigung oder einem Entfernen der Recheneinheit auch keine Lenkfunktionen mehr gegeben sind und das Fahrzeug nicht bewegt werden kann.
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Es kommen verschiedene Möglichkeiten in Betracht, wie die Lenkbetätigung blockiert oder zumindest erschwert wird. Zum einen ist es möglich, ein an der Lenkwelle wirkendes Gegenmoment über den Elektromotor zu erzeugen, das mindestens so hoch ist wie das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment, so dass jede Lenkbewegung blockiert wird. Das Gegenmoment vom Elektromotor kann bis zum Erreichen eines motorspezifischen Maximalmomentes gesteigert werden.
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Möglich ist es aber auch, dass das Gegenmoment, welches über die Betätigung des Elektromotors in der Lenkwelle erzeugt wird, kleiner ist als das vom Fahrer erzeugte Lenkmoment. In diesem Fall wird eine Lenkbewegung durch den Fahrer zugelassen, jedoch muss der Fahrer ein erhebliches Lenkmoment zum Überwinden des Gegenmomentes aufbringen, so dass jede Lenkbetätigung erschwert ist. Der Vorteil dieser Ausführung liegt in der geringeren Energieaufnahme und einer entsprechend reduzierten Wärmeentwicklung des Elektromotors.
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Des Weiteren können unterschiedliche Strategien zur Ansteuerung des Elektromotors realisiert werden, die beispielsweise kleine Lenkbewegungen innerhalb eines definierten Lenkspiels zulassen, so dass das Gegenmoment des Elektromotors erst mit dem Überschreiten des Lenkspiels aufgebracht wird. Möglich ist auch ein Ansteigen des Gegenmoments, das mit einem zunehmenden Lenkwinkel größer wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird das Moment des Elektromotors so erzeugt, dass die gelenkten Räder des Fahrzeugs in einer bestimmten Winkelposition gehalten werden. In einfachster Ausführung wird die aktuelle Winkelposition der lenkbaren Räder beibehalten, den die Räder mit dem Abstellen des Fahrzeuges einnehmen. Es kann aber auch vorteilhaft sein, dass die Räder automatisch in eine Mittelposition bzw. die Geradeausstellung verstellt werden und diese Winkelposition beibehalten wird, oder in einen Endanschlag verstellt werden. Das Verstellen in die definierte Winkelposition kann automatisch mit dem Abstellen des Fahrzeugs auch ohne das unautorisierte Aufbringen eines Lenkmomentes durchgeführt werden oder, gemäß einer alternativen Ausführung, erst nach einer festgestellten, unautorisierten Lenkbetätigung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf unterschiedlich ausgeführte Lenksysteme angewandt werden. In Betracht kommen alle Lenksysteme, die einen Elektromotor aufweisen, über den direkt oder indirekt das Moment im Lenksystem beeinflussbar ist. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein Lenksystem mit einem elektrischen Servomotor, der mechanisch an das Lenksystem angekoppelt ist, beispielsweise im Bereich eines Lenkgetriebes, um ein gewünschtes Moment in das Lenksystem einzuspeisen. Derartige Lenksysteme benötigen grundsätzlich keine hydraulische Unterstützung.
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In Betracht kommt aber auch ein hydraulisch unterstütztes Lenksystem, beispielsweise bei Nutzfahrzeugen, die zusätzlich mit einem Elektromotor ausgestattet sind. Beispielsweise kann das Lenksystem elektrohydraulisch ausgebildet sein, wobei der Elektromotor zusätzlich zur Hydraulikeinheit ein Moment in das Lenksystem einspeist. Der Elektromotor kann hierbei in Reihe mit einer Hydraulikeinheit geschaltet sein, über die die notwendige Lenkunterstützung generiert wird. Zwischen dem Elektromotor und der Hydraulikeinheit befindet sich vorteilhafterweise ein Getriebe. Die Momente, welche von der Hydraulikeinheit und dem Elektromotor erzeugt werden, überlagern sich additiv unter Berücksichtigung der Getriebeübersetzung. Bei einer entgegengerichteten Bewegung des Elektromotors kann die Unterstützung über die Hydraulikeinheit entsprechend reduziert oder vollständig kompensiert werden, was im Falle von Nutzfahrzeugen einem Ausfall oder teilweisem Ausfall der Lenkunterstützung gleichkommt, so dass aufgrund des hohen Fahrzeuggewichtes ein Lenken praktisch unmöglich gemacht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante treibt der Elektromotor in einem hydraulikunterstützten Lenksystem eine Hydraulikpumpe an, welche im normalen Lenkbetrieb das Hydraulikfluid auf ein gewünschtes Druckniveau bringt. Ohne Betätigung des Elektromotors steht das Hydraulikfluid im Lenksystem still, was einer mechanischen Verriegelung des Lenksystems gleichkommt. Bei einer lediglich reduzierten Betätigung des Elektromotors ist die hydraulische Lenkunterstützung entsprechend reduziert, so dass eine Lenkbewegung entsprechend erschwert ist. Diese Ausführung entspricht einem hydrodynamischen Lenksystem mit bewegten Hydrauliköl (offener Hydraulikkreis).
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Des Weiteren kommt auch ein hydrostatisches Lenksystem in Betracht, bei dem kein Fluidfluss stattfindet (geschlossener Hydraulikkreis). Dort wird z.B. eine Reversierpumpe durch den Elektromotor betrieben, wodurch eine Zylinderkammer der Hydraulikeinheit mit Druck beaufschlagt und dadurch Servokraft auf den Kolben aufgebracht wird, ohne durch die Hydroeinheit zu fließen.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug mit einem elektrischen Servomotor,
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2 eine schematische Darstellung eines elektrohydraulischen Lenksystems.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein elektrisches Lenksystem 1 in einem Kraftfahrzeug, mit einem Lenkrad 2, einer Lenkwelle 3, einem Lenkgetriebe mit Lenkgehäuse 4 und einer Zahnstange 5 sowie einem elektrischen Servomotor 7. Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2 einen Lenkwinkel δL vor, der über die Lenkwelle 3 und das Lenkgetriebe in eine Stellbewegung der Zahnstange 5 zur Übersetzung des Lenkwinkels δL in einen Radlenkwinkel δR an den lenkbaren Rädern 6 des Fahrzeuges umgesetzt wird. Über den elektrischen Servomotor 7 kann ein unterstützendes Servomoment in das Lenksystem 1 eingespeist werden. Der Servomotor 7 greift im Bereich des Lenkgehäuses 4 in das Lenksystem ein.
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Das Lenksystem 1 kann auch zur Lenkradverriegelung bei abgestelltem Fahrzeug eingesetzt werden. Das Lenksystem ist mit einer Sensorik zur Ermittlung einer Lenkbetätigung ausgestattet, wobei die Sensorik das Lenkmoment und den Lenkwinkel δL misst. Die Sensorik sowie der elektrische Servomotor 7 sind auch bei abgestelltem Fahrzeug aktiv. Wird festgestellt, dass eine Lenkbetätigung stattfindet und entsprechend ein Sensorwert zum Lenkwinkel bzw. Lenkmoment geliefert wird, obwohl das Fahrzeug abgestellt ist, kann über ein Steuergerät der elektrische Servomotor 7 so angesteuert werden, dass in der Lenkwelle 3 ein dem Lenkmoment des Fahrers entgegengerichtetes Gegenmoment erzeugt wird. Dieses Gegenmoment hemmt oder erschwert zumindest die Lenkbewegung, welche der Fahrer über das Lenkrad 2 vorgeben möchte, so dass ein Lenken zum Führen des Fahrzeugs im Straßenverkehr nicht möglich ist.
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Die Höhe des Gegenmomentes, das vom Servomotor 7 erzeugt wird, kann gemäß unterschiedlichen Strategien festgesetzt werden. Um jegliche Lenkbewegung unmöglich zu machen, richtet sich die Höhe des Gegenmomentes nach dem vom Fahrer erzeugten Lenkmoment, wobei das Gegenmoment mindestens so groß ist wie das Lenkmoment. Aus Energiegründen kann es aber auch angezeigt sein, ein geringeres Gegenmoment als das Lenkmoment aufzubringen, so dass zwar grundsätzlich noch eine Lenkbewegung möglich ist, diese jedoch nur mit einem hohen Kraftaufwand seitens des Fahrers erzeugt werden kann.
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Es sind auch weitere Lenkradverriegelungsstrategien möglich. Zum Beispiel kann ein Lenkspiel erlaubt werden, so dass zwar in einem geringen Umfang eine Lenkbewegung mit beispielsweise wenigen Grad Lenkwinkel erlaubt wird, darüber hinausgehend jedoch ein Gegenmoment über den Servomotor erzeugt wird. Des Weiteren ist ein Ansteigen des Gegenmoments möglich, welches mit zunehmendem Lenkwinkel größer wird. Auch kann das Gegenmoment so eingestellt werden, dass die lenkbaren Räder sich in einer definierten Position befinden und diese Position gehalten wird.
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In 2 ist eine Ausführungsvariante eines Lenksystems 1 dargestellt, das elektrohydraulisch ausgeführt ist. Das Lenksystem 1 umfasst eine Hydraulikeinheit 8 zur Generierung eines hydraulisch unterstützen Servomomentes, das in das Lenksystem eingespeist wird. Die Hydraulikeinheit 8 wird über eine Hydraulikpumpe 9 mit Hydraulikfluid versorgt, wobei die Hydraulikpumpe 9 Hydraulikfluid aus einem Ölbbehälter 10 fördert, der zudem über eine Rücklaufleitung mit dem Rücklauf aus der Hydraulikeinheit 8 verbunden ist.
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In Reihe mit der Hydraulikeinheit 8 ist ein Elektromotor 7 geschaltet, der über ein Überlagerungsgetriebe 14 mit der Hydraulikeinheit 8 verbunden ist. Der Elektromotor 7 weist einen Rotorlagesensor 12 auf und wird über ein Steuergerät 13 angesteuert. Das Steuergerät 13 ist über eine Datenleitung mit einem Datenbus des Fahrzeuges verbunden und empfängt diverse Signale einer fahrzeugeigenen Sensorik, beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors. Des Weiteren ist das Steuergerät 13 mit dem Rotorlagesensor 12 des Elektromotors 7 und einem weiteren Sensor 11 zur Drehmoment- und Lenkwinkelermittlung verbunden, der ausgangsseitig an der Lenkwelle 3 sitzt. Auch Informationen von der Hydraulikpumpe 9, insbesondere dem aktuellen Hydraulikdruck, können im Steuergerät 13 verarbeitet werden. Über das Steuergerät 13 erfolgt die Ansteuerung und elektrische Versorgung des Elektromotors 7.
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Im regulären Lenkbetrieb erzeugt die Hydraulikpumpe 9 einen geforderten Hydraulikdruck, welcher in der Hydraulikeinheit 8 zu einem die Lenkbewegung unterstützenden Servomoment im Lenksystem führt. Der in Reihe geschaltete Elektromotor 7 kann zusätzlich angesteuert werden, um dem hydraulischen Servomoment ein elektrisches Servomoment additiv zu überlagern.
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Bei abgestelltem Fahrzeug kann das Lenksystem 1 gemäß 2 auch zur Lenkradverriegelung eingesetzt werden. Hierbei wird der Elektromotor 7 für den Fall, dass im Sensor 11 eine unbefugte Lenkbetätigung festgestellt wird, über das Steuergerät 13 so angesteuert, dass das elektrische Moment im Elektromotor 7 der Lenkbewegung des Fahrers entgegengerichtet ist. Die verschiedenen Lenkstrategien können wie vorbeschrieben auch im Lenksystem gemäß 2 durchgeführt werden.
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2 enthält eine Ausführungsvariante, bei der mit gestrichelter Linie ein Elektromotor 15 als ein Pumpenmotor für die Hydraulikpumpe 9 dargestellt ist. Auch der Elektromotor 15 kann bei abgestelltem Fahrzeug zur Lenkradverriegelung eingesetzt werden. Hierbei steht der Elektromotor 15 in einer blockierenden Stellung, in der die Hydraulikpumpe 9 kein Hydrauliköl fördert, so dass der Ölfluss stillsteht, was einer mechanischen Sperre des Systems gleichkommt.
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Bei dieser Variante befindet sich die Recheneinheit des Elektromotors unmittelbar an der Pumpe 9. Der in 2 dargestellte Elektromotor 7 einschließlich dem Überlagerungsgetriebe 14 kann entfallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Lenkgehäuse
- 5
- Zahnstange
- 6
- Rad
- 7
- Servomotor
- 8
- Hydraulikeinheit
- 9
- Hydraulikpumpe
- 10
- Ölbehälter
- 11
- Drehmoment-/Lenkwinkelsensor
- 12
- Rotorlagesensor
- 13
- Steuergerät
- 14
- Überlagerungsgetriebe
- 15
- Elektromotor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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