Die Erfindung betrifft ein aktives Lenksystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem aktiven Lenksystem für ein Kraftfahrzeug ist üblicherweise jeder zu lenkenden Achse des Kraftfahrzeugs ein aktiver Lenkaktuator zugeordnet, der beispielsweise als Zahnstangenlenkgetriebe oder als Blocklenkung ausgebildet sein kann. Durch diesen einerseits am Rohbau beziehungsweise an der Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigten und andererseits mit den Rädern der zu lenkenden Achse des Kraftfahrzeugs verbundenen aktiven Lenkaktuator wird ein durch den Lenkradeinschlag vorgegebener Lenkwinkel an die Räder der zu lenkenden Achse übertragen, wodurch diese Räder entsprechend dem gewünschten Lenkwinkel durch den aktiven Lenkaktuator verstellt werden.

Der an jeder zu lenkenden Achse des Kraftfahrzeugs, d.h. an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs und/oder an der Hinterachse des Kraftfahrzeugs hierzu erforderliche aktive Lenkaktuator benötigt allerdings einen recht großen Bauraum im Bereich der jeweiligen Achse zwischen den entsprechenden Rädern des Kraftfahrzeugs.

Zu dieser Thematik ist aus der DE 10 2015 220 361 A1 ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem eine Vorderachslenkung und eine Hinterachslenkung mit zumindest einem Lenkaktuator vorgesehen ist. Von einem Steuergerät wird sowohl eine Lenkhilfevorrichtung für die Vorderachslenkung als auch der Lenkaktuator der Hinterachslenkung angesteuert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes aktives Lenksystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei dem der Lenkwinkel an den Rädern des Kraftfahrzeugs auf einfache und vorteilhafte Weise eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein aktives Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit den im Patentanspruch 1 angeführten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen aktiven Lenksystems für ein Kraftfahrzeug sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.

Beim erfindungsgemäßen aktiven Lenksystem für ein Kraftfahrzeug wird die Lenkbewegung am Lenkrad über ein Antriebsmoment beziehungsweise Bremsmoment des Kraftfahrzeugs über den (möglichst großen) Lenkrollradius auf die Räder einer lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs übertragen, d.h. an die Räder einer lenkbaren Vorderachse des Kraftfahrzeugs und/oder an die Räder einer lenkbaren Hinterachse des Kraftfahrzeugs. D.h. zur Einstellung des Lenkwinkels an den Rädern einer lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des von der Stellung des Lenkrads vorgegebenen beziehungsweise gewünschten Lenkwinkels werden die Antriebskräfte und/oder die Bremskräfte des Kraftfahrzeugs genutzt, welche über einen positiven Lenkrollradius (einen großen Stoßradius) ein Drehmoment um die Lenkachse des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn erzeugen. Somit können die beiden Räder einer lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs separat voneinander verschiedene Lenkwinkel einnehmen.

Die Spurführung des jeweiligen Rads einer lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs übernimmt eine an der Karosserie des Kraftfahrzeugs an bestimmten Anbindungspunkten befestigte und mit dem jeweiligen Rad einer lenkbaren Achse verbundene längsverschiebliche Spurstange. Die Längsverschiebung der in der Länge variierbaren Spurstange erfolgt hierbei vorzugsweise mittels einer Linearführung, die hohen Anforderungen an Genauigkeit, Beständigkeit und Geschwindigkeit genügt. Einer längsverschieblichen Spurstange ist jeweils ein Sperrelement zugeordnet, das vorzugsweise als Klemmelement ausgebildet ist, mittels dem eine Sperrung der linear geführten längsverschieblichen Spurstange in einer vom Lenkwinkel abhängigen Ausfahrposition der jeweiligen Spurstange realisierbar ist.

Die mit dem kurveninneren Rad einer lenkbaren Achse verbundene längsverschiebliche Spurstange weist dabei eine längere Ausfahrposition auf als die mit dem kurvenäußeren Rad einer lenkbaren Achse verbundene längsverschiebliche Spurstange. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das jeweilige Sperrelement an der längsverschieblichen Spurstange befestigt, insbesondere unmittelbar an der linear geführten Fläche einer längsverschieblichen Spurstange angeordnet.

In der Ausfahrposition einer längsverschieblichen Spurstange kann das Sperrelement zur Fixierung der jeweiligen längsverschieblichen Spurstange elektrisch betätigt werden und damit auf die längsverschiebliche Spurstange hemmend einwirken.

Das Sperrelement weist beispielsweise eine zylindrische oder rechteckige Form auf und ist vorzugsweise als Klemmelement ausgebildet, beispielsweise als Spannzange oder als Klemmmutter.

An der jeweiligen längsverschieblichen Spurstange befindet sich in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein Wegmesssystem, das insbesondere einen Sensor zur Sensierung des Radwinkels als (tatsächlichen) Drehwinkel beziehungsweise Einschlagwinkel des jeweiligen Rads einer lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs aufweist. Hierdurch kann der tatsächlich vorhandene Einschlagwinkel am jeweiligen Rad einer lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs überprüft werden und gegebenenfalls eine Korrektur des am jeweiligen Rad einzustellenden Lenkwinkels vorgenommen werden.

Vorzugsweise ist ein Steuergerät zur Ablaufsteuerung des aktiven Lenksystems vorgesehen. Dieses Steuergerät ist insbesondere als Lenksteuergerät ausgebildet, das in Abhängigkeit des durch die Stellung des Lenkrads des Kraftfahrzeugs vorgegebenen Lenkwinkels ein entsprechendes Lenksteuersignal generiert, über das letztendlich die Ausfahrposition der jeweiligen längsverschieblichen Spurstange einstellbar ist und damit der Radwinkel an den Rädern einer lenkbaren Achse des Fahrzeugs festgelegt wird.

Das erfindungsgemäße aktive Lenksystem für ein Kraftfahrzeug vereinigt mehrere Vorteile in sich: zwischen den beiden Rädern einer lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs ist kein Verbindungselement oder sonstiges Bauelement wie ein aktiver Lenkaktuator erforderlich, was Bauraumvorteile, Kostenvorteile und einen einfachen Aufbau des aktiven Lenksystems mit sich bringt.

Da die beiden Räder einer lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs separat und nicht gemeinsam angesteuert werden, kann hiermit auch eine Einzelradlenkung auf einfache Weise realisiert werden. Der Wendekreis des Kraftfahrzeugs kann durch die genannte Wirkungsweise des aktiven Lenksystems, insbesondere aufgrund der separaten Einstellung des Radwinkels der beiden Räder einer lenkbaren Achse, gering gehalten werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 Ein schematisches Blockschaltbild mit Komponenten des aktiven Lenksystems.

Fig. 2 Eine Schnittdarstellung eines Rads des Kraftfahrzeugs und

Fig. 3 Ein schematisches Blockschaltbild mit Komponenten des aktiven Lenksystems im Betrieb des aktiven Lenksystems.

Gemäß dem schematischen Blockschaltbild der Figur 1 weist das Kraftfahrzeug 1 ein aktives Lenksystem zur Ansteuerung aller vier Räder 5; 6; 7; 8 des Kraftfahrzeugs 1 auf. D.h., die beiden Räder 5; 6 an der lenkbaren Vorderachse 3 des Kraftfahrzeugs 1 und die beiden Räder 7; 8 an der lenkbaren Hinterachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 können einzeln und unabhängig voneinander angesteuert werden und sind insbesondere jeweils über eine eigene separate Radaufhängung 10 mit der Karosserie 2 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden.

Die einzelnen Räder 5; 6; 7; 8 des Kraftfahrzeugs 1 können hierzu elektromotorisch in ihrer Winkelstellung variiert werden, d.h. einen bestimmten vorgegebenen Radwinkel annehmen. Hierzu ist beispielsweise jeweils einem der Räder 5; 6; 7; 8 des Kraftfahrzeugs 1 ein Elektromotor zugeordnet, beispielsweise ein Radnabenmotor, der zur Variation des Radwinkels und damit zur Verstellung der Räder 5; 6; 7; 8 des Kraftfahrzeugs 1 in der Radnabe des jeweiligen Rads 5; 6; 7; 8 vorgesehen ist. Weiterhin ist jedem der Räder 5; 6; 7; 8 des Kraftfahrzeugs 1 an den beiden lenkbaren Achsen 3; 4 eine in der Länge variierbare und damit längsverschiebliche Spurstange 11 zugeordnet, deren jeweilige Ausfahrposition über die Ansteuerung durch den dem Rad 5; 6; 7; 8 des Kraftfahrzeugs 1 jeweils zugeordneten Elektromotor 9 vorgegeben wird. Eine längsverschiebliche Spurstange 11 ist hierbei sowohl mit der jeweiligen Achse 3; 4 des Fahrzeugs 1 als auch an Anbindungspunkten 13 mit der Karosserie 2 des Kraftfahrzeugs 1 starr verbunden.

Falls die jeweilige längsverschiebliche Spurstange 11 ihre über den gewünschten Lenkwinkel des Fahrzeugs 1 beziehungsweise durch den am jeweiligen Rad 5; 6; 7; 8 des Kraftfahrzeugs 1 ermittelten Radwinkel vorgegebene Ausfahrposition erreicht hat, übt das Sperrelement 12, beispielsweise ein als Spannzange ausgebildetes Klemmelement, eine Klemmkraft auf die Spurstange 11 aus und fixiert hierdurch die jeweilige längsverschiebliche Spurstange 11 in ihrer jeweiligen Ausfahrposition.

In der Schnittdarstellung gemäß Figur 2 ist die Variationsmöglichkeit des Radwinkels für eines der Räder 5; 6; 7; 8 des Kraftfahrzeugs 1 exemplarisch dargestellt.

In Abhängigkeit der Lenkleistung, d.h. des Produkts aus Antriebskraft und Rollradius 14, wird für einen bestimmten am Lenkrad des Kraftfahrzeugs 1 vorgegebenen Lenkwinkel ein sich hierdurch am jeweiligen Rad 5; 6; 7; 8 des Kraftfahrzeugs 1 ergebender Verschiebeweg 15 ermittelt.

In Abhängigkeit des Verschiebewegs 15 wird die mit dem Rad 5; 6; 7; 8 verbundene Lenkachse 3; 4 des Kraftfahrzeugs 1 elektromotorisch beaufschlagt, woraufhin die mit der jeweiligen Lenkachse 3; 4 des Kraftfahrzeugs 1 verbundene längsverschiebliche Spurstange 11 insbesondere in einer Längsführung in ihre jeweilige Ausfahrposition bewegt wird. In der Ausfahrposition wird die längsverschiebliche Spurstange 11 mittels des beispielsweise unmittelbar auf der Spurstange 11 angeordneten Klemmelements als Sperrelement 12 fixiert.

Gemäß dem schematischen Blockschaltbild der Figur 3 ist ein Anwendungsfall des aktiven Lenksystems für eine vom Kraftfahrzeug 1 zu durchfahrende Rechtskurve bei einem Kraftfahrzeug 1 mit lenkbarer Vorderachse 3 dargestellt. Durch Drehung des Lenkrads 16 des Kraftfahrzeugs 1 wird ein bestimmter Lenkradwinkel angewählt, beispielsweise ein Lenkradwinkel von 10° nach rechts, um die Rechtskurve mit dem Kraftfahrzeug 1 durchfahren zu können.

In Abhängigkeit der Stellung des Lenkrads 16 und damit des Lenkradwinkels wird ein Lenkimpuls erzeugt. Dieser Lenkimpuls als Maß für den angewählten Lenkradwinkel wird von einem Sensor erfasst und der Ausgangswert des Sensors an ein Steuergerät 17 ausgegeben, beispielsweise an das Lenksteuergerät ausgegeben.

Unter Berücksichtigung des Lenkfehlers (Lenkdifferenzwinkels) wird vom Steuergerät 17 über Antriebsmomente / Bremsmomente mithilfe der Motorumdrehung des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs und des Umfangs des Reifens der beiden Räder 5; 6 an der Vorderachse 3, der Radwinkel als der für das jeweilige Rad 5; 6 an der Vorderachse 3 jeweils erforderliche Lenkwinkel bestimmt. Bei dieser Bestimmung des Radwinkels ist ein großer Lenkrollradius von Vorteil.

Der für die beiden Räder 5; 6 an der lenkbaren Vorderachse 3 individuell ermittelte Radwinkel wird elektromotorisch wie beschrieben durch Ansteuerung eines dem jeweiligen Rad 5; 6 zugeordneten Elektromotors 9 eingestellt, indem ein Drehimpuls auf die Vorderachse 3 generiert und über die Hebelwirkung von der Längsachse des Kraftfahrzeugs 1 zum Radaufstandspunkt des jeweiligen Rads 5; 6 ein Lenkmoment erzeugt wird, das auf die beiden Achsschenkel der lenkbaren Vorderachse 3 ausgeübt wird. Hierdurch wird an den beiden Räder 5; 6 an der lenkbaren Vorderachse 3 ein bestimmter Lenkwinkel als Einschlagwinkel beziehungsweise Radwinkel eingestellt. Somit kann der Radwinkel am kurvenäußeren Rad 5 über die Antriebskraft und eine Rechtsdrehung eingestellt werden und der Radwinkel am kurveninneren Rad 6 über die Antriebskraft und eine Linksdrehung eingestellt werden, wodurch sich auch die beiden Radwinkel am kurvenäußeren Rad 5 und am kurveninneren Rad 6 voneinander unterscheiden.

Wenn die entsprechenden Lenkwinkel an den beiden Rädern 5; 6 an der lenkbaren Vorderachse 3 erreicht sind, gehen die Sperrelemente 12 bzw. Klemmelemente an der jeweiligen längsverschieblichen Spurstange 11 zu und das Kraftfahrzeug 1 fährt die gewünschte Rechtskurve.

D.h. zur statischen Fixierung des Radwinkels wird die den beiden Räder 5; 6 an der Vorderachse 3 jeweils zugeordnete längsverschiebliche Spurstange 11 in ihre jeweilige Ausfahrposition längsverschoben und in der Ausfahrposition durch das jeweilige an einer längsverschieblichen Spurstange 11 angeordnete Klemmelement 12 statisch gehalten. Wie auch aus der Figur 3 ersichtlich wird, ist hierbei die längsverschiebliche Spurstange 11 am kurveninneren Rad 6 der Vorderachse 3 länger als die längsverschiebliche Spurstange 11 am kurvenäußeren Rad 5 der Vorderachse 3. Somit ist auch der Radwinkel am kurveninneren Rad 6 der Vorderachse 3 größer als der Radwinkel am kurvenäußeren Rad 5 der Vorderachse 3.

An einer längsverschieblichen Spurstange 11 befindet sich zudem jeweils ein Wegmesssystem, beispielsweise ein auf der längsverschieblichen Spurstange 11 befestigter Inkrementalsensor, über den zur Wegkontrolle die Ausfahrposition der jeweiligen längsverschieblichen Spurstange 11 und damit der jeweiligen Lenkwinkel beziehungsweise Radwinkel der beiden Räder 5; 6 an der Vorderachse 3 direkt gemessen wird. Dieser tatsächliche Wert des Radwinkels der beiden Räder 5; 6 an der Vorderachse 3 wird mit dem durch das Lenksteuergerät 17 bestimmten Vorgabewert verglichen und bei einer Abweichung der beiden Werte gegebenenfalls eine Korrektur vorgenommen.