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Patent Searching and Data


Title:
STEERING DEVICE FOR A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/011985
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a steering device for a two-track vehicle, having a steering handle (1), by means of the rotational actuation of which (D1, D2) the steerable vehicle wheels (9) can be steered about a steering angle, and having a control unit (11), by means of which, according to driving mode parameters and independently of the steering handle (1), a steering actuator (13) for adjusting the steering angle can be electrically actuated and a coupling (15) can be electrically actuated, by means of which a mechanical steering connection (3) between the steering handle (1) and the steerable vehicle wheels (9) can be coupled or released, wherein, when there is a collision risk, the control unit (11) carries out an automatic evasion maneuver (ΔtΝ), wherein at a decoupling time (tE) the control unit (11) completely releases the coupling (15) between the steering handle (1) and the steerable vehicle wheels (9) and the control unit (11) actuates the steering actuator (13) such that the vehicle (2) briefly leaves the travel lane thereof and is subsequently returned to the travel lane. According to the invention, a brake (14) which can be electrically actuated by the control unit (11) is associated with the steering handle (1). During the emergency evasion maneuver (ΔtΝ), the control unit (11) actuates the brake (14) such that the steering handle (1) stays still in the rotation position (E) thereof at the decoupling time (tE) during the emergency evasion maneuver (ΔtΝ).

Inventors:
LOOS SEBASTIAN (DE)
KREUTZ DANIEL (AT)
SCHACHT ARNE (AT)
Application Number:
PCT/EP2018/068789
Publication Date:
January 17, 2019
Filing Date:
July 11, 2018
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (DE)
THYSSENKRUPP PRESTA AG (LI)
International Classes:
B62D15/02
Foreign References:
EP2460712A22012-06-06
EP0970875A22000-01-12
DE102014018395A12015-06-18
DE102015004745A12016-10-13
DE102009046375A12011-05-05
DE102014016017A12016-05-04
DE102010053156A12012-06-06
Attorney, Agent or Firm:
LENZING GERBER STUTE PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAFT VON PATENTANWÄLTEN M.B.B. (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Lenkvorrichtung für ein zweispuriges Fahrzeug, mit einer Lenkhandhabe (1 ), bei deren Drehbetätigung (D1 , D2) die lenkbaren Fahrzeugräder (9) um einen

Radlenkwinkel einschlagbar sind, und mit einem Steuergerät (1 1 ), mit dem in Abhängigkeit von Fahrbetriebsparametern sowie unabhängig von der

Lenkhandhabe (1 ) ein Lenkaktor (13) zur Einstellung des Radlenkwinkels elektrisch ansteuerbar ist sowie eine Kupplung (15) elektrisch ansteuerbar ist, mit der eine mechanische Lenkverbindung (3) zwischen der Lenkhandhabe (1 ) und den lenkbaren Fahrzeugrädern (9) kuppelbar oder lösbar ist, wobei das Steuergerät (1 1 ) bei Vorliegen einer Kollisionsgefahr ein automatisches Ausweichmanöver (AtN) ausführt, bei dem zu einem Entkopplungszeitpunkt (tE) das Steuergerät (1 1 ) die Kupplung (15) zwischen der Lenkhandhabe (1 ) und den lenkbaren Fahrzeugrädern (9) vollständig löst und das Steuergerät (1 1 ) den Lenkaktor (13) so ansteuert, dass das Fahrzeug (2) seine Fahrspur kurzzeitig verlässt und optional anschließend wieder zurück in die Fahrspur verbracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkhandhabe (1 ) eine von dem Steuergerät (1 1 ) elektrisch ansteuerbare Bremse (14) zugeordnet ist, und dass das Steuergerät (1 1 ) während des

Notausweichmanövers (AtN) die Bremse (14) so ansteuert, dass die Lenkhandhabe (1 ) in ihrer Drehposition (E) zum Entkopplungszeitpunkt ΛΕ) während des

Notausweichmanövers (AU) stillsteht.

Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine

Lenkbetätigung der Lenkhandhabe (1 ) während des Notausweichmanövers (AU) aus ihrer Drehposition (E) zum Entkopplungszeitpunkt (te) mittels eines von der Bremse (14) erzeugten Bremsmoments (MB) blockiert oder gehemmt ist.

Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das von der Bremse (14) erzeugte Bremsmoment (MB) so bemessen ist, das der Fahrer unter Überwindung des Bremsmoments (MB) eine manuelle Drehbetätigung (D1 , D2) der Lenkhandhabe (1 ) aus ihrer Drehposition (E) zum Entkopplungszeitpunkt (tE) vornehmen kann. Lenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des von der Bremse (14) erzeugten Bremsmoments (MB) vom Drehsinn (D1 , D2) der Lenkhandhabe-Drehbetätigung abhängt, das heißt die Größe des Bremsmoments (MB) bei einer im Uhrzeigersinn (D1 ) ausgeführten Lenkhandhabe-Drehbetätigung ist unterschiedlich zur Größe des Bremsmoments (MB) bei einer im

Gegenuhrzeigersinn (D2) ausgeführten Lenkhandhabe-Drehbetätigung.

Lenkvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Weglenken, d.h. bei einer in einem Drehsinn (D1 ) vorgenommenen Lenkhandhabe- Drehbetätigung aus der Drehposition (E) zum Entkopplungszeitpunkt (te) heraus, das von der Bremse (14) erzeugte Bremsmoment (MB) größer ist als das

Bremsmoment (MB) bei einem Zurücklenken, das heißt bei einer im Gegendrehsinn (D2) vorgenommenen Lenkhandhabe-Drehbetätigung zurück in die Entkopplungs- Drehposition (E).

Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein autonom fahrendes Fahrzeug ist, und dass in einem autonomen Fahrbetrieb das Steuergerät (11 ) die Kupplung (15) zwischen der Lenkhandhabe (1 ) und den lenkbaren Fahrzeugräder (9) vollständig löst und die Bremse (14) so ansteuert, dass die Lenkhandhabe (1 ) stillsteht, während die Fahrzeuglenkung unabhängig vom Fahrer mit Hilfe des Steuergeräts (11 ) automatisch erfolgt.

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1 ) mit einer Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Fahrzeugs nach dem Patentanspruch 7.

Moderne Fahrerassistenzsysteme versetzen das Fahrzeug in die Lage, seine Umgebung wahrzunehmen und zu interpretieren, gefährliche Situationen zu erkennen und den Fahrer bei seinen Fahrmanövern zu unterstützen bzw. automatische Fahrmanöver

durchzuführen, um Fahrzeugkollisionen zu vermeiden.

Aus der DE 2009 046 375 A1 ist eine gattungsgemäße Lenkvorrichtung für ein

zweispuriges Fahrzeug bekannt. Diese weist eine Lenkhandhabe auf, bei deren

Drehbetätigung die lenkbaren Fahrzeugräder aus ihrer Geradeausfahrt-Stellung um einen Radlenkwinkel einschlagbar sind. Zudem weist die Lenkvorrichtung ein Steuergerät auf, mit dem in Abhängigkeit von Fahrbetriebsparametern sowie unabhängig von der

Lenkhandhabe ein Lenkaktor zur fahrerunabhängigen Einstellung des Radlenkwinkels elektrisch ansteuerbar ist. Bei Vorliegen einer Kollisionsgefahr kann das elektronische Steuergerät ein automatisches Notausweichmanöver ausführen, bei dem das Steuergerät den Lenkaktor so ansteuert, dass das Fahrzeug seine Fahrspur kurzzeitig verlässt und anschließend optional wieder in seine Fahrspur zurückkehrt, um zum Beispiel einem

Kollisionsobjekt auszuweichen. Bei einem solchen automatischen Notausweichmanöver muss die Lenkung in einem hochdynamischen Vorgang große Lenkwinkel mit hohen Gradienten einstellen. Aufgrund der mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Fahrzeugrädern wird auch das Lenkrad mit großem Drehwinkel sowie mit hoher Dynamik mitgedreht. Um das Lenkrad während des Notausweichmanövers von der Lenkung zu entkoppeln, ist in der DE 2009 046 375 A1 eine Kupplung in der mechanischen Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und den Fahrzeugrädern zwischengeschaltet, die während des

Notausweichmanövers geöffnet ist. Eine solche Entkopplung führt dazu, dass das Lenkrad vom Fahrer ohne Kraftaufwand frei drehbar ist, was zu Irritationen des Fahrers führen kann und außerdem ein Schließen der Kupplung nach erfolgtem Notausweichmanöver erschweren kann.

Aus der DE 10 2014 016 017 A1 ist eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung mit einer

Lenkradhemmung bekannt, mit der eine Lenkrad-Drehbetätigung gehemmt oder blockiert ist, und zwar in einem Fehlerfall oder bei abgestelltem Fahrzeug. Aus der DE 10 2010 053 156 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens sowie ein Kraftwagen mit einer Umwelterfassungseinrichtung bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der ein automatisches Ausweichmanöver einwandfrei sowie ohne Irritation auf Seiten des Fahrers durchführbar ist.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im obigen Stand der Technik das

Lenkrad während eines automatischen Notausweichmanövers frei drehbar ist. In Abkehr dazu ist gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 der Lenkhandhabe eine von dem Steuergerät elektrisch ansteuerbare Bremse zugeordnet. Das Steuergerät kann während des Notausweichmanövers die Bremse so ansteuern, dass die Lenkhandhabe in ihrer Entkopplungs-Drehposition zum Entkopplungszeitpunkt festgesetzt wird und daher während des Notausweichmanövers stillsteht. Auf diese Weise kann eine Irritation des Fahrers vermieden werden und wird auch ein lagerichtiges Wiedereinkoppeln der

Lenkhandhabe nach erfolgtem Notausweichmanöver vereinfacht. Erfindungsgemäß wird daher das Notausweichsystem für den Fahrer komfortabler und sicherer gestaltet, wobei das Lenkrad-Verhalten während des Notausweichmanövers vom Fahrer nicht als störend empfunden wird. Wie oben angegeben, bleibt somit während des Notausweichmanövers die

Lenkhandhabe zumindest bei einer Nicht-Drehbetätigung durch den Fahrer in der

Entkopplungs-Drehposition. Bevorzugt wird die Bremse während des Notausweichmanövers so vom Steuergerät angesteuert, dass ein Bremsmoment erzeugt wird, mit dessen Hilfe eine aktive fahrerseitige Lenkbetätigung der Lenkerhandhabe aus der Entkopplungs-Drehposition heraus vollständig blockiert wird oder zumindest gehemmt wird. Zur Erzielung einer solchen Lenkhandhabe-Hemmung kann das von der Bremse erzeugte Bremsmoment so bemessen sein, dass der Fahrer unter Überwindung des

Bremsmomentes eine manuelle Drehbetätigung der Lenkhandhabe aus ihrer

Entkopplungs-Drehposition vornehmen kann. Bevorzugt ist das von der Bremse erzeugte Bremsmoment dabei veränderlich, so dass dem Fahrer ein Lenken der Lenkhandhabe ermöglicht wird. Beispielhaft kann die Größe des von der Bremse erzeugten

Bremsmomentes vom Drehsinn der Lenkhandhabe-Drehbetätigung abhängen. So kann die Größe des Bremsmomentes bei einer im Uhrzeigersinn ausgeführten Lenkhandhabe- Drehbetätigung unterschiedlich zur Größe des Bremsmomentes bei einer im

Gegenuhrzeigersinn ausgeführten Lenkhandhabe-Drehbetätigung sein. Im Hinblick auf einen einwandfreien Ablauf des Notausweichmanövers ist es besonders bevorzugt, wenn bei einer in einem Drehsinn vorgenommenen Lenkhandhabe- Drehbetätigung aus der Entkopplungs-Drehposition heraus (das heißt einem Weglenken), das von der Bremse erzeugte Bremsmoment größer ist als das Bremsmoment bei einem Zurücklenken, das heißt bei einer im Gegendrehsinn vorgenommenen Lenkhandhabe- Drehbetätigung zurück in die Entkopplungs-Drehposition.

In einer bevorzugten Weiterentwicklung kann das Fahrzeug zusätzlich auch in einem autonomen Fahrbetrieb fahren. Auch in diesem Fall kann das Steuergerät die Kupplung zwischen der Lenkhandhabe und den lenkbaren Fahrzeugrädern vollständig lösen sowie die Bremse so ansteuern, dass die Lenkhandhabe während des autonomen

Fahrbetriebes stillsteht. Dieser wird somit unabhängig vom Fahrer alleine durch das Steuergerät sowie den davon angesteuerten Lenkaktor durchgeführt.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.

Es zeigen: Figur 1 in einer grob schematischen Teilansicht den Vorderwagenbereich eines

zweispurigen Kraftfahrzeugs mit angedeuteter Lenkvorrichtung; und

Figur 2 eine Ansicht, die ein Notausweichmanöver des Fahrzeugs veranschaulicht. In der Figur 1 ist grob schematisch eine Lenkvorrichtung für ein zweispuriges Fahrzeug gezeigt, die eine Lenkhandhabe 1 aufweist, die über eine mehrteilige Lenksäule 3 in trieblicher (d.h. mechanischer) Verbindung mit einer in einem Lenkgetriebe 5

angeordneten (nicht gezeigten) Zahnstange ist. Diese ist in der Fahrzeugquerrichtung y ausgerichtet und kann durch eine Drehbetätigung der Lenkhandhabe 1 in der

Fahrzeugquerrichtung y verstellt werden. Die im Lenkgetriebe 5 angeordnete Zahnstange ist beidseitig mit Spurstangen 7 verlängert, die an nicht dargestellten Radträgern der beiden lenkbaren Vorderräder 9 angelenkt sind. Bei einer Drehbetätigung der

Lenkhandhabe 1 werden somit die Vorderräder 9 um einen damit korrelierenden

Radlenkwinkel eingeschlagen.

Die in der Figur 1 gezeigte Lenkvorrichtung weist zudem ein Steuergerät 1 1 auf, mit dem in bestimmten Fahrsituationen ein fahrerunabhängiger Radlenkwinkel erzeugbar ist.

Hierzu ist das Steuergerät 1 1 ausgangsseitig in Signalverbindung mit einem Lenkaktor 13, mit einer Kupplung 15 und mit einer Bremse 14, mit der ein Bremsmoment erzeugbar ist, um eine Drehbetätigung der Lenkhandhabe 1 zu hemmen. Das Steuergerät 1 1 ist eingangsseitig unter anderem mit einer Umfeldsensorik 17 verbunden, mittels der im Fahrbetrieb zum Beispiel ein potentielles Kollisionsobjekt 17 (Figur 2) im Umfeld des Kraftfahrzeugs erfasst werden kann. Bei Erfassung eines solchen Objektes 17 wird in dem Steuergerät 1 1 auf der Grundlage der Sensordaten ausgewertet, ob eine

Kollisionsgefahr vorliegt. Bei Vorliegen einer solchen Kollisionsgefahr kann das

Steuergerät 1 1 ggf. ein automatisches Notausweichmanöver ΔΪΝ (Fig. 2) ausführen, um dem Kollisionsobjekt 17 auszuweichen. Ein solches Notausweichmanöver ΔΪΝ ist ein hochdynamischer Vorgang, der beispielhaft 0,5 bis 1 s andauert.

Zur Erzeugung des oben erwähnten fahrerunabhängigen Radlenkwinkels kann das Steuergerät 1 1 in Abhängigkeit von Fahrbetriebsparametern (z.B.

Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugquerbeschleunigung, etc.) sowie unabhängig von der Lenkhandhabe 1 den Lenkaktor 13 ansteuern, der in trieblicher Verbindung mit der Zahnstange des Lenkgetriebes 5 ist, um den Radlenkwinkel der Vorderräder 9

fahrerunabhängig einzustellen. In diesem Fall wird gleichzeitig die in der mehrteiligen Lenksäule 3 zwischengeschaltete Kupplung 15 vollständig geöffnet, um eine

mechanische Lenkverbindung zwischen der Lenkhandhabe 1 und den beiden

Vorderrädern 9 zu lösen.

Im normalen Fahrbetrieb wird in der Kupplung 15 ein Kupplungsmoment Μκ erzeugt, um eine mechanische Lenkverbindung sowie eine fahrerabhängige Lenkung zu gewährleisten. Zudem wirkt der Lenkaktor 13 im normalen Fahrbetrieb zur Lenkhandhaben- Unterstützung als eine Servoeinheit.

Nachfolgend wird anhand der Figur 2 eine Fahrsituation beschrieben, in der sich das Fahrzeug 1 in der Fahrtrichtung FR in Geradeausfahrt auf einer Fahrbahn 19 einem stehenden potentiellen Kollisionsobjekt 17 nähert. In diesem Fall wird das Kollisionsobjekt 17 von der Umfeldsensorik 16 des Fahrzeugs 2 erfasst, das entsprechende Sensordaten zu dem Steuergerät 1 1 weiterleitet. Wird das Vorliegen einer Kollisionsgefahr ermittelt, so führt das Steuergerät 1 1 ein automatisches Notausweichmanöver ΔΪΝ durch, bei dem zunächst zu einem Entkopplungszeitpunkt ts das Steuergerät 1 1 die Kupplung 15 zwischen der Lenkhandhabe 1 und den lenkbaren Fahrzeugrädern 9 vollständig löst. Zudem steuert das Steuergerät 1 1 den Lenkaktor 13 so an, dass das Fahrzeug 2 seine Fahrspur kurzzeitig verlässt, dem Kollisionsobjekt 17 ausweicht und optional

anschließend wieder in seine Fahrspur zurückkehrt. Sobald das Fahrzeug 2 wieder in seine Fahrspur verbracht ist, endet das automatische Notausweichmanöver ΔΪΝ. ZU diesem Zeitpunkt endet der Notausweich-Eingriff des Lenkaktors 13 und wird die

Kupplung 15 wieder geschlossen, um einen fahrerseitigen Lenkeingriff zu ermöglichen.

Während des Notausweichmanövers ΔΪΝ wird die Bremse 14 vom Steuergerät 1 1 so aktiviert, dass die Lenkhandhabe 1 in ihrer Drehposition E (nachfolgend Entkopplungs- Drehposition) zum Entkopplungszeitpunkt te stillsteht. In der Figur 1 und 2 entspricht die Entkopplungs-Drehposition E der Lenkhandhabe 1 einer nicht eingeschlagenen

Vorderrad-Stellung in der Geradeausfahrt. Für die Lenkhandhaben-Hemmung erzeugt die Bremse 14 ein Bremsmoment MB, die einer vom Fahrer vorgenommenen Lenkbetätigung entgegenwirkt. Das von der Bremse 14 erzeugte Bremsmoment MB ist dabei so bemessen, dass der Fahrer unter Überwindung des Bremsmomentes MB eine manuelle Drehbetätigung der Lenkhandhabe 1 aus der Entkopplungs-Drehposition E vornehmen kann.

Bei einer solchen fahrerseitig während des Notausweichmanövers ΔΪΝ durchgeführten Lenkbetätigung ist jedoch das beaufschlagte Bremsmoment MB nicht konstant, sondern hängt die Größe des Bremsmomentes MB vielmehr vom Drehsinn der fahrerseitigen Lenkhandhabe-Drehbetätigung ab: So ist bei einem Weglenken (z.B. in einem

Uhrzeigersinn D1 ) aus der Entkopplungs-Drehposition E heraus das von der Bremse 14 erzeugte Bremsmoment MB größer als das Bremsmoment MB bei einem Zurücklenken, (im Gegenuhrzeigersinn D2) zurück in die Entkopplungs-Drehposition E. Auf diese Weise erhält der Fahrer eine haptische Rückmeldung, die eine Drehbetätigung der Lenkhandhabe 1 in Richtung auf die Entkopplungs-Drehposition E unterstützt. Dadurch ist zum Zeitpunkt der Beendigung des Notausweichmanövers ΔΪΝ gewährleistet, dass sich die Lenkhandhabe 1 lagerichtig in ihrer Geradeausfahrt-Stellung befindet und die

Kupplung 15 wieder einwandfrei schließen kann.