DE102006046497A1

DE102006046497A1 - Vorrichtung zur Lenkkraftunterstützung durch einseitiges Bremsen

Info

Publication number: DE102006046497A1
Application number: DE200610046497
Authority: DE
Inventors: Martin Zimmer
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-03

Abstract

Vorrichtung zur Lenkkraftunterstützung eines Kraftfahrzeuges (19), insbesondere eines Nutzfahrzeuges, mit mindestens zwei Achsen (10), von denen wenigstens eine lenkbar ist. Zu deren Steuerung bringt der Kraftfahrzeuglenker eine Lenkkraft auf, wobei die jeweils kurveninnere Radgruppe (23) zur Unterstützung der Lenkkraft einzeln bremsbar ist. Die Lenkung (2) weist eine Servounterstützung auf, wobei zur Unterstützung der Lenkkraft eine Senkrechte (15) durch den Mittelpunkt (13) der Radaufstandsfläche (14) eine gedachte verlängerte Linie (17) der Lenkdrehachse (27) im Abstand (18) unter oder auf der Radaufstandsfläche (14) schneidet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lenkkraftunterstützung eines Kraftfahrzeuges entsprechend des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 100 40 870 A1 ist ein Lenksystem für ein Fahrzeug bekannt, das ein Lenkgestänge und ein Lenkrad, das mit einem Steuer-Hydraulik-Motor verbunden ist umfasst. Das Lenksystem umfasst darüber hinaus einen Steuer-Hydraulik-Zylinder, der mit dem Steuer-Hydraulik-Motor durch ein Steuer-Hydraulik-Kreis verbunden ist. Das Lenksystem umfasst darüber hinaus einen Servo-Hydraulik-Zylinder, eine Servo-Pumpe und einen Servo-Hydraulik-Kreis. Der Servo-Hydraulik-Kreis verbindet die Servo-Pumpe mit dem Servo-Hydraulik-Zylinder. Mit umfasst im Lenksysstem ist eine Steuerelektronik, die den Servo-Hydraulik-Kreis steuert. Die DE 100 40 870 A1 offenbart ein Lenksystem für ein Fahrzeug, bei dem keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgestänge des Fahrzeugs besteht. Nachteilig ist, dass bei Ausfall eines der Steuer-Hydraulik-Aggregate bzw. der Servo-Pumpen die Lenkbarkeit eines schweren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs für den Kraftfahrzeug-Lenker nur erschwert bzw. gar nicht mehr möglich ist. Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, durch welche der Kraftfahrzeug-Lenker in die Lage versetzt wird, das Kraftfahrzeug auch bei Ausfall der Servounterstützung noch zufrieden stellend lenken zu können. Die Servounterstützung kann dabei z. B. hydraulisch oder elektrisch betrieben werden.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst. Die Bremsanlage weist dabei mindestens zwei Bremskreisläufe auf. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass, wie vom Gesetzgeber z. B. in den Verordnungen 70/311 EWG oder ECE-R79 vorgeschrieben, bei Ausfall der Servounterstützung das Kraftfahrzeug noch lenkbar bleibt. Der Kraftfahrzeug-Lenker bleibt in der Lage, innerhalb der vom Gesetzgeber vorgegebenen Zeiten und Handkräfte, das Kraftfahrzeug in einen Kurvenradius einlenken zu können. Unter Rückgriff auf die Erfindung ist der Einbau eines redundanten Sicherheitslenksystems überflüssig. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt vielmehr sicher, dass selbst bei fehlerhafter Servounterstützung dem Kraftfahrzeug-Lenker immer noch eine Lenkkraftunterstützung zur Verfügung steht. Zur Erhaltung der Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs werden bei Ausfall der Servounterstützung durch gezieltes automati sches oder manuelles Bremsen der jeweils kurveninneren Räder Lenkkräfte eingeleitet. Die jeweils kurveninneren Räder können dabei je nach Bedarf gebremst bzw. ganz gestoppt werden. Trotz einer beeinträchtigten Funktionsfähigkeit der Servounterstützung kann der Kraftfahrzeug-Lenker sicher zum Stillstand kommen oder seine Fahrt fortsetzen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt den Kraftfahrzeug-Lenker zum einen die mangelnde Funktionsfähigkeit der Servounterstützung seines Kraftfahrzeugs erkennen, zum anderen erhält er eine zusätzliche Sicherheitsvorrichtung, die ihm gestattet, seine Fahrt fortzusetzen, ohne sich bzw. andere Verkehrsteilnehmer zu gefährden. Der Sensor zum Abgleich des Sollwerts der Funktionsfähigkeit kann an einer beliebigen Stelle innerhalb der Lenkanlage angeordnet sein. Der weitere Sensor kann am Lenkrad oder an einer beliebigen Stelle innerhalb der Lenkanlage positioniert werden. Denkbar ist, dass der weitere Sensor innerhalb des Lenkradspiels angeordnet werden kann, bis zu dem bei intakter Servounterstützung das Lenkrad eingeschlagen werden kann, ohne aber zum Einschlag der gelenkten Räder zu führen. Vorstellbar ist, dass im Sinne der Vorrichtung ein positiver Lenkrollhalbmesser der Achskinematik dahingehend ausgenutzt wird, dass die Lenkräder durch das entstehende Achsschenkelmoment zum Auslenken neigen. Zusätzlich dazu entsteht bei Bremsung der kurveninneren Radgruppe ein Giermoment, durch welches das Kraftfahrzeug in die Kurve eindreht. Unter Giermoment ist in diesem Zusammenhang ein Drehmoment um die Fahrzeughochachse zu verstehen. Denkbar ist, dass anstatt einer einzelnen Radgruppe lediglich einzelne Räder der Radgruppe gebremst werden. Ein positiver Lenkrollhalbmesser ist darin definiert, dass eine Senkrechte durch den Mittelpunkt der Radaufstandsfläche eine gedachte verlängerte Linie der Lenkdrehachse in Abstand unter der Radaufstandsfläche schneidet. Ein negativer Lenkrollhalbmesser ist so definiert, dass eine Senkrechte durch den Mittelpunkt der Radaufstandsfläche eine gedachte verlängerte Linie der Lenkdrehachse in Abstand über der Radaufstandsfläche schneidet. Wird die Bremsung der jeweils kurveninnenseitigen Räder wieder aufgehoben, geht das Kraftfahrzeug wieder in den Geradeauslauf über.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Servounterstützung funktionsüberwacht.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Funktionsüberwachung der Servounterstützung durch Abgleich eines von einem Sensor ermittelten Wertes mit einem Funktionssollwert durchführbar, so dass erhöhte Lenkkräfte durch den Sensor erkennbar werden. Dazu kann z. B. am Lenkrad ein Schalter angeordnet sein, mit dem der Kraftfahrzeug-Lenker die Bremsung der jeweils kurveninnenseitigen Radgruppe auslösen kann. Möglich ist auch, dass dem Kraftfahrzeug-Lenker z. B. ein am Lenkrad angeordneter Knopf zur Verfügung steht, mit dem die Bremsung einzelner Radgruppen ausgelöst werden kann. Die Bremsanlage weist dabei mindestens einen Bremskreislauf auf. Vorstellbar ist, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei mechanischen- bzw. Druckluftbremssystemen einzusetzen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor ein hydraulischer Durchflusswächter.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erkennt ein weiterer Sensor im Falle einer Abweichung des Wertes der Servounterstützung vom Funktionssollwert die vom Kraftfahrzeuglenker gewünschte Fahrtrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der weitere Sensor am Lenkrad oder am Lenkgestänge angeordnet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der weitere Sensor ein Drehmomentsensor bzw. ein Drehwinkelsensor.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Lenkkraftunterstützung durch eine Steuerung regelbar.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Steuerung innerhalb eines bestehenden Steuergeräts z. B. eines Bremssteuergerätes oder eines elektronischen Bremssteuersystems (EBS) integriert ist.
Abwandlungen der Erfindung sowie Ausgestaltungen und Verbesserungen lassen sich anhand der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und der Merkmale der Unteransprüche entnehmen. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Lenkkraftunterstützung durch einseitiges Bremsen,
2 in schematischer Darstellung die Funktionsweise des positiven Lenkrollhalbmessers und
3 in schematischer Darstellung ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Lenkrad 1, das mit einer Lenkung 2 in Verbindung steht. Als Sensor 3 dient z. B. ein Durchflusswächter zur Überwachung der hydraulischen Lenkung 2. Der Sensor 3 ist im Hydraulikkreislauf 5 der Lenkung 2 des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Lenkung 2 umfasst einen Hydraulikkreislauf 5 mit einem Ölreservoir 6, einer Hydraulikpumpe 7 sowie ein Lenkgetriebe mit Servoregler 8. In der Figur ist zwischen dem Lenkrad 1 und der Lenkung 2 ein weiterer Sensor 9 angeordnet, mit dem der Lenkwunsch des Kraftfahrzeug-Lenkers ermittelbar ist. Als weiterer Sensor 9 können ein Winkelsensor, ein Kraftsensor, ein Drehmomentsensor oder mindestens zwei Raddrehzahlsensoren eingesetzt werden. Letztere ermöglichen die Berechnung des gefahrenen Kurvenradius. Die Sensoren 3 und 9 kommunizieren mit der Steuerung 11. Denkbar ist, dass die Funktion der beiden Sensoren 3 und 9 durch einen einzigen Sensor bewerkstelligt wird. Die Steuerung 11 erhält die Meldung vom Ausfall der Servounterstützung von Sensor 3 und den Lenkwunsch vom weiteren Sensor 9 übermittelt. Aufgrund dieser Information löst die Steuerung 11 die Bremsung der gewünschten Radgruppe aus. Die lenkbare Achse ist mit Bezugsziffer 10 bezeichnet und weist mit Bezugsziffer 4 bezeichnete Räder auf.
2 zeigt die Wirkungsweise eines positiven Lenkrollhalbmessers mit einem auf einer Achse 10 angeordneten, axial geschnittenen Rad 4 und einem Federbein 12. Durch den Radaufstandspunkt 13 einer Radaufstandsfläche 14 verläuft eine Senkrechte 15. In Verlängerung einer Achse 16 des Federbeins 12 verläuft eine Lenkdrehachse 27, die im Abstand 18 unterhalb der Radaufstandsfläche 14 die Senkrechte 15 schneidet. Mit den Bezugsziffern 4 sind in 2 Räder des Kraftfahrzeugs 19 dargestellt. Die Achse 10 ist in 2 in vereinfachter Weise im Verbund mit einer Achsschenkellenkung dargestellt. Die Lenkdrehachse 27 schneidet die Fahrbahnebene 31 im Punkt 30.
3 zeigt ein Kraftfahrzeug 19 mit ungelenkten Rädern 17 und einer gelenkten Achse 10 und einer Fahrtrichtung 20. Die lenkbaren Räder 4 sind in Bezug auf die Fahrtrichtung 20 nach links eingeschlagen. Durch den Pfeil 22 wird dargestellt, dass die kurveninnenseitige Radgruppe 23 in der 3 einzeln gebremst wird. Hierdurch wird entsprechend dem Pfeil 24 ein Giermoment um die Fahrzeug-Hochachse 25 bewirkt, welches das Fahrzeug 19 linksherum dreht und damit die gewünschte Fahrtrichtungsänderung einleitet.
Die Bezugsziffer 30 bezeichnet den Schnittpunkt der Lenkdrehachse 27 mit der Fahrbahnebene 31. Das Moment um die Lenkdrehachse 27 ist mit dem Pfeil 26 dargestellt. Zusätzlich zum Giermoment wird bei dem in 3 gezeigten Kraftfahrzeug 19 durch die mit Pfeil 22 gekennzeichnete Bremskraft ein verstärkendes Moment 26 um die Lenkdrehachse 27 erzeugt. Dieses verstärkende Moment 26 unterstützt das vom Kraftfahrzeuglenker auf das Lenkrad 1 aufgebrachte Lenkradmoment 28 zum Auslenken der Räder 4. Das Lenkrad 1 ist auf einer Lenkspindel 32 angeordnet, die mit einer Lenkmutter (nicht gezeigt) in einer Zahnstange 33 einer Spurstange 34 eingreift.

1: Lenkrad
2: Lenkung
3: Sensor
4: Rad, lenkbar
5: Hydraulikkreislauf der Lenkung
6: Ölreservoir
7: Hydraulikpumpe
8: Lenkgetriebe mit Servoregler
9: weiterer Sensor
10: Achse mit Achsschenkellenkung
11: Steuerung
12: Federbein
13: Radaufstandspunkt
14: Radaufstandfläche
15: Senkrechte
16: Achse des Federbeins
17: Ungelenkte Räder
18: Abstand
19: Kraftfahrzeug
20: Fahrtrichtung
21
22: Pfeil
23: Radgruppe
24: Pfeil (Giermoment)
25: Kraftfahrzeug-Hochachse
26: Pfeil (Verstärkendes Moment)
27: Lenkdrehachse
28: Lenkradmoment
30: Schnittpunkt der Lenkdrehachse mit der Fahrbahnebene
31: Fahrbahnebene
32: Lenkspindel
33: Zahnstange
34: Spurstange

Claims

Vorrichtung zur Lenkkraftunterstützung eines Kraftfahrzeuges (19), insbesondere eines Nutzfahrzeuges, mit mindestens zwei Achsen (10), von denen wenigstens eine lenkbar ist und zu deren Steuerung der Kraftfahrzeuglenker eine Lenkkraft aufbringt, wobei die jeweils kurveninnere Radgruppe (23) zur Unterstützung der Lenkkraft einzeln bremsbar ist und die Lenkung (2) eine Servounterstützung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der Lenkkraft eine Senkrechte (15) durch den Mittelpunkt (13) der Radaufstandsfläche (14) eine gedachte verlängerte Linie (17) der Lenkdrehachse (27) in Abstand (18) unter der Radaufstandsfläche (14) schneidet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Servounterstützung funktionsüberwacht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsüberwachung der Servounterstützung durch Abgleich eines von einem Sensor (3) ermittelten Wertes mit einem Funktionssollwert durchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) ein hydraulischer Durchflusswächter (9) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Abweichung des Wertes der Servounterstützung vom Funktionssollwert ein weiterer Sensor (9) die vom Kraftfahrzeuglenker gewünschte Fahrtrichtung erkennt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor (9) am Lenkrad (1) oder am Lenkgestänge angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor (9) ein Drehmomentsensor ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor (9) ein Drehwinkelsensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkraftunterstützung durch eine Steuerung (11) regelbar oder steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) ein Bremssteuergerät ist.