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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung für
ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
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Die
DE 20 2004 020852
U1 zeigt eine solche Lenkeinrichtung, bei der ein Lenkeinschlag
mit Hilfe einer Anschlagscheibe begrenzt ist. Die Anschlagscheibe
ist hierzu an einer Zahnstange des Lenkgetriebes angeordnet, liegt
an zumindest einem Lenkanschlag der Zahnstange an und verringert
einen Verstellweg der Zahnstange in Axialrichtung. Durch unterschiedliche
Stärken zumindest einer solchen Anschlagscheibe lässt
sich eine Axialbewegung der Zahnstange unterschiedlich stark einschränken.
Da sich die Axialbewegung der Zahnstange direkt auf eine Stellung
der Räder auswirkt, wird durch die Begrenzung der Axialbewegung
der Zahnstange auch der Wendekreis eines Kraftfahrzeugs beeinflusst. Dabei
werden durch eine maximal mögliche Axialbewegung der Zahnstange
ein maximaler Lenkeinschlag und ein minimaler Wendekreis eines Fahrzeugs
definiert.
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Fahrwerke
werden üblicherweise nach dem Ackermann-Gesetz ausgelegt.
Dabei ist ein möglicher Einschlag der Räder durch
Packaging-Vorgaben definiert. Zur Einstellung eines maximalen Lenkungshubs
des Lenkgetriebes werden alle Toleranzen einer Lenkung, angrenzender
Bauteile und von Rädern und Reifen sowie notwendige Freigänge
zwischen drehenden und stehenden Bauteilen berücksichtigt.
Im Falle eines mechanischen Endanschlags, der den maximalen Lenkungshub
des Lenkgetriebes begrenzt, muss auch eine größte
Dimensionierung aller auf das Fahrzeug zugelassenen Kombinationen von
Rad, Reifen und Schneeketten so lenkbar sein, dass die Räder
ohne Reibung an feststehenden Bauteilen drehbar sind. Durch diesen
voreingestellten maximalen Lenkungshub ergibt sich ein minimal möglicher
Wendekreis, der allerdings auf die Verwendung von kleineren Dimensionen
einer anderen auf das Fahrzeug zugelassenen Kombination von Rad, Reifen
und Schneeketten nicht optimiert ist. In diesem Fall wird eine nicht
unwesentliche Verringerung des Wendekreises und somit eine Erhöhung
des Fahrkomforts verschenkt. Besonders nachteilig an dieser Konstruktionsweise
ist die geringe Flexibilität bei der Anpassung des Wendekreises
an häufig eintretende Umrüstungen und somit Veränderungen
von äußeren Randbedingungen bezüglich
des Lenkungshubs des Lenkgetriebes, wie zum Beispiel die Verwendung
anderer Rad-/Reifengrößen oder der Einsatz von
Schneeketten. Eine solche Anpassung an die Änderung der äußerer
Randbedingungen, wie oben beschrieben, ist zwar nach dem Stand der Technik
möglich, allerdings ist dies mit erheblichem technischen
Aufwand verbunden und verursacht Kosten in einer Höhe,
die eine nachträgliche Anpassung des Lenkungshubes des
Lenkgetriebes, des Lenkeinschlags der Lenkung und damit des Wendekreises
des Fahrzeugs nach zum Beispiel einem Aufziehen der Schneeketten
nicht praktikabel macht.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich nun mit dem Problem,
für eine Lenkeinrichtung eine verbesserte oder zumindest
eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere
dadurch auszeichnet, dass der Wendekreis, beziehungsweise der maximale
Lenkeinschlag möglichst einfach angepasst werden kann.
Dabei soll eine einfache und kostengünstige Anpassung nach
einer Umrüstung und unter Berücksichtigung der
damit veränderten äußeren Randbedingungen,
wie zum Beispiel nach Umrüsten der Räder oder
Reifen oder nach dem Aufziehen von Schneeketten, möglich sein.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs
gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Lenkeinschlag
der Lenkung zum Verändern eines minimalen Wendekreises
elektronisch einstellbar auszubilden, wodurch der Wendekreis insbesondere
bei einem Kraftfahrzeug optimiert ist. Bei einer solchen Ausführungsform
ist eine Anpassung an geänderte äußere
Randbedingungen einfach vorzunehmen.
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In
einer besonderen Ausführungsform lässt sich durch
zusätzlich verbaute oder schon vorhandene Sensoren des
Fahrzeugs die Änderung solcher äußerer
Randbedingungen automatisch detektieren. So lässt sich
zum Beispiel über ein schon vorhandenes elektronisches
Stabilitätsprogramm der Einsatz von Schneeketten erkennen. Über
eine Schlupferkennung, ein installiertes Navigationssystem oder
einen Geschwindigkeitsmesser und über ein Drehzahlmesser
der Räder lassen sich die Räder- /Reifengröße
bestimmen. Hierbei ist eine automatische Anpassung des maximalen
Lenkeinschlags und somit des minimalen Wendekreises aufgrund der
detektierten äußeren Randbedingungen möglich.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand
der Zeichnung näher erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine
Lenkeinrichtung in Wirkverbindung mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung unter
Berücksichtigung vorhandener Sensorik.
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Entsprechend 1 umfasst
eine Lenkeinrichtung 1 eine Lenkung 2, eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 und
eine Sensorik 4. Die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 ist über
eine Wirkverbindung 5 mit der Lenkung 2 und über
eine Wirkverbindung 6 mit der Sensorik 4 verbunden.
Die Sensorik 4 kann zusätzliche elektronische
Endgeräte wie zum Beispiel ein Navigationssystem (NAVI) 7 integrieren,
elektronischen Komponenten eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel
eine elektromechanische Servolenkung (EPS) 8 oder ein elektronisches Stabilitätsprogramm
(ESP) 9 aufweisen, mit Sensoren 10, wie zum Beispiel
mit einem Drehzahlmesser der Räder, einem Geschwindigkeitsmesser,
einem Zeitmesser oder dergleichen ausgestattet sein. Die Lenkung 2 kann,
falls das Kraftfahrzeug mit einer Servolenkung ausgestattet ist,
einen Servomotor 11 aufweisen. Im Falle einer kraftentkoppelten
Lenkung kann die Lenkung 2 mit einem Rückwirkungsmotor 12 ausgestattet
sein. Eine Zahnstange 13 der Lenkung 2 ist üblicherweise
mit mechanischen Endanschlägen 14, 14' versehen,
wobei zusätzliche Anschläge 15, 15' vorhanden
sein können.
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Bei
der Lenkeinrichtung 1 kann ein maximaler Lenkeinschlag
zum Verändern eines minimalen Wendekreises elektronisch
durch eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 auf grund
eingehender Signale der Sensorik 4 eingestellt werden.
Dabei ist die Wirkverbindung 5 zwischen Lenkung 2 und Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 multidirektional ausgebildet.
Somit kann zum Beispiel die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 den
maximalen Lenkeinschlag begrenzen oder aber von der Lenkung 2 eine
Information darüber erhalten, dass zum Beispiel aufgrund
eines Defekts der maximal mögliche Lenkeinschlag nicht
einstellbar ist. Des Weiteren ist die Wirkverbindung 6 zwischen
der Sensorik 4 und der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 ebenfalls
multidirektional ausgeformt. Somit kann aufgrund der durch die Sensorik 4 detektierten äußeren
Randbedingungen, wie zum Beispiel aufgrund eines Radwechsel, der
Lenkeinschlag über die Wirkverbindung 6 durch
die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 angepasst werden.
Zusätzlich dazu kann die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3,
zum Beispiel im Fall eines Nichterreichens des errechneten, maximalen Lenkeinschlags,
weitere Informationen von der Sensorik 4 einfordern, um
das auftretende Problem bzw. den jeweils gültigen maximalen
Lenkeinschlag zu verifizieren.
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Die
Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 kann zum Beispiel mit
dem Navigationssystem (NAVI) 7 und/oder dem ESP zusammenwirken,
das zur Verifizierung der Rad-/Reifengröße herangezogen werden
kann. Die elektromechanische Servolenkung (EPS) 8 lässt
sich zur Bestimmung des aktuellen Lenkeinschlages heranziehen, indem
zum Beispiel die Stellung eines programmgesteuerten Elektrostellmotors
der elektromechanischen Servolenkung (EPS) 8 ausgelesen
wird. Aufgrund des Schlupfverhaltens lässt sich über
das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) 9 detektieren,
ob eine Schneekette verwendet wird. Auch die Signale der weiteren
Sensoren 10 lassen sich mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 verarbeiten
und zur Einstellung des maximalen Lenkeinschlags heranziehen.
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Die
Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 kann den Lenkeinschlag über
schon vorhandene Motoren der Lenkeinrichtung 1, wie zum
Beispiel über den Servomotor 11 der Servolenkung
oder über den Rückwirkungsmotor 12 bei
kraftentkoppelter Lenkung, begrenzen. In diesem Fall stellt die
Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 am jeweiligen Elektromotor
bei Erreichen des maximalen Lenkeinschlags ein entsprechendes, einen
Anschlag simulierendes Moment ein. Alternativ kann bei einer anderen
Ausführungsform die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 auf
die in diesem Fall elektromechanisch verstellbar ausgestalteten
Anschläge 15, 15' steuernd einwirken
und variiert damit die axiale Begrenzung der Bewegung der Zahnstange 13.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 in
die vorhandene elektromechanische Servolenkung (EPS) 8 integriert.
In diesem Fall wird durch die elektromechanische Servolenkung (EPS) 8,
die mit der Funktionalität der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 3 ausgestattet
ist, der Lenkeinschlag an die Änderung äußerer
Randbedingungen angepasst. Dabei ist weiterhin ein maximal möglicher
Lenkungshub durch mechanische Endanschläge 14, 14' definiert,
so dass bei optimaler Dimensionierung der äußeren
Randbedingungen kein Schleifen der Kombinationen von Rad, Reifen
und Schneeketten auftreten kann. Hierbei werden durch die elektromechanische
Servolenkung (EPS) 8 die Lenkanschläge zur Begrenzung
des Lenkeinschlags elektronisch realisiert. Mithin wird der Lenkungshub
auf die Rad-/Reifenkombination eingestellt. Ein solcher elektronischer
Endanschlag wird durch die elektromechanische Servolenkung (EPS) 8 erzeugt,
indem der Elektromotor der elektromechanischen Servolenkung (EPS) 8 ein
entsprechendes Moment einstellt, wodurch ein Weiterdrehen der Lenkung
verhindert ist. Somit kann der maximale Lenkeinschlag variiert werden
und der Wendekreis je nach Kombination von Rad, Reifen und Schneeketten
optimal eingestellt werden. Weiterhin ist es möglich den
Lenkungshub auf die jeweilige Rad-Reifen-Kombination einzustellen.
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In
einer anderen Ausführungsform können zusätzlich
zu den vorstehenden Möglichkeiten der elektromechanischen
Servolenkung (EPS) 8 Toleranzen bezüglich des
Lenkeinschlages reduziert werden. Nach dem derzeitigen Stand der
Technik werden für Lenkgetriebe Toleranzen von ± 1,5
mm toleriert. Damit werden ca. 30 cm im Wendekreis verschenkt und
es kann Unsymmetrie zwischen Rechts- und Linkseinschlag entstehen.
Diese Toleranzen lassen sich umgehen, indem nach der Endmontage
der maximale Lenkungshub gemessen wird, der Lenkeinschlag von rechts
nach links definiert wird und dieser ermittelte maximale Lenkeinschlag
von rechts nach links um den notwendigen Freigang der Räder/Reifen
reduziert wird. Ein notwendiger kleinerer Lenkeinschlag als dieser
maximal bestimmte kann dann durch einen elektromechanischen Anschlag mittels
der elektromechanischen Servolenkung (EPS) 8 realisiert
werden.
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Des
Weiteren kann die Lenkeinrichtung 1 bei einer solchen Ausführungsform
eine automatische Erkennung der Reifen-/Rädergrößen
aufweisen. Dazu kann ein Raderkennungssensor verwendet werden, der
der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 2 die exakte Rad-/Reifengröße
mitteilt. Zum Beispiel ist es durch Einsatz der RFID-Technik möglich,
eine mit zumindest einem RFID-Tag versehene Kombination von Rad
und Reifen mit der Information über die exakte Größe
von Rad und Reifen auszustatten. Es wäre aber auch die
Berechnung des Durchmessers von Rad und Reifen aus den Informationen
des Dreh zahlmessers der Räder und des Geschwindigkeitssensors
möglich oder man könnte bei einem Reifenwechsel
die Größe von Rad und Reifen manuell über einen
Bordcomputer des Fahrzeugs einstellen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist bei Einsatz
einer Schneekette dieses automatisch, zum Beispiel über
ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) 9,
aufgrund des veränderten Schlupfverhaltens detektierbar
oder manuell über den Bordcomputer des Kraftfahrzeugs eingebbar.
In beiden Fällen wird bei erkannter oder geschalteter Schneekette
automatisch eine Reduzierung des Lenkeinschlages vorgenommen, um
den notwendigen Freigang einzuhalten.
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Zusätzlich
oder alternativ zu den in den vorhergehenden Ausführungsformen
beschriebenen Möglichkeiten ist auch ein gezieltes Bremsen
oder Beschleunigen eines oder mehrerer Räder beim Wenden
zur Optimierung des Wendekreises, insbesondere zur Verringerung
des Wendekreises, denkbar. Wenn beim Wenden gezielt Räder
abgebremst werden, kann der Wendekreis vergrößert
oder verkleinert werden. Ein mögliches extremes Beispiel sind
kleine Bagger ohne Lenkung, bei denen durch selektives Bremsen oder
durch gegenseitiges Antreiben der Räder das Fahrzeug lenkbar
ist. Diese Technik kann aber auch dazu herangezogen werden, das Lenken
bzw. das Wenden zu unterstützen, indem zum Beispiel ein
Bremsdruck am kurveninneren Rad dieses Rad abbremst, ohne es dabei
vollständig zu blockieren.
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Des
Weiteren ist durch Berücksichtigung von Lenkeinschlag und
Abfederung bei jeder Kombination von Rad und Reifen eine weitere
Optimierungsmöglichkeit für den Wendekreis vorhanden.
Dabei wird die Bewegungsfreiheit einer Kombination von Rad und Reifen
durch zwei überlagerte Bewegungen, nämlich den
Lenkeinschlag und den durch die Abfederung hervorgerufenen Federweg,
definiert. Beide Wege zusammen können durch eine Glockenkurve
beschrieben werden, die aufgrund des detektierten Federweges den
maximal erlaubten Lenkungseinschlag bei vorgegebener Kombination
von Rad und Reifen wiedergibt. Aus einer solchen vorab ermittelten
Glockenkurve kann bei einem aufgrund der Abfederung des Kraftfahrzeugs
auftretenden Federweg und unter Berücksichtigung der verwendeten Kombination
von Rad und Reifen der maximale Lenkeinschlag ermittelt und damit
der Wendekreis optimiert werden.
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- 1
- Lenkeinrichtung
- 2
- Lenkung
- 3
- Steuerungs-Regelungseinrichtung
- 4
- Sensorik
- 5
- Wirkverbindung
- 6
- Wirkverbindung
- 7
- Navigationsgerät
- 8
- Elektromechanische
Servolenkung
- 9
- Elektronisches
Stabilitätsprogramm
- 10
- Sensoren
- 11
- Servomotor
- 12
- Rückwirkungsmotor
- 13
- Zahnstange
- 14,
14'
- mechanische
Endanschlag
- 15,
15'
- Anschlag
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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