DE19842627A1 - Lenksystem für ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für Fahrzeuge, das in einem Normalbetrieb, in dem eine vom Fahrer betätigte Lenkhandhabe und gelenkte Fahrzeugräder über eine Regelstrecke miteinander verbunden sind, und in einem Notbetrieb betreibbar ist, in dem die Lenkhandhabe und die gelenkten Fahrzeugräder zwangsgekoppelt sind. DOLLAR A Für ein derartiges Lenksystem soll eine Ausgestaltung angegeben werden, die mit konstruktiv einfachen Maßnahmen die Betriebssicherheit des Lenksystems erhöht. DOLLAR A Die Erfindung löst dieses Problem mit einem Lenkwinkelsteuergerät für einen die gelenkten Fahrzeugräder betätigenden Lenkwinkelsteller, das eine erste Lenkwinkelsteuerung enthält, mit einem Handmomentensteuergerät für einen die Lenkhandhabe zur Simulation von Handmomenten betätigenden Handmomentensteller, das einer erste Handmomentensteuerung enthält, wobei das Lenkwinkelsteuergerät eine zweite Handmomentensteuerung umfaßt, die redundant zur ersten Handmomentensteuerung des Handmomentensteuergerätes geschaltet ist, und wobei das Handmomentensteuergerät eine zweite Lenkwinkelsteuerung umfaßt, die redundant zur ersten Lenkwinkelsteuerung des Lenkwinkelsteuergerätes geschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für Fahrzeuge, das in einem Normalbetrieb, in dem eine vom Fahrer betätigte Lenk­ handhabe und gelenkte Fahrzeugräder über eine elektrische bzw. elektronische Regelstrecke miteinander verbunden sind (Steer-by-wire-Ebene), und in einem Notbetrieb betreibbar ist, in dem die Lenkhandhabe und die gelenkten Fahrzeugräder mechanisch und/oder hydraulisch zwangsgekoppelt sind (Rückfallebene).

Ein solches Lenksystem weist üblicherweise ein Steuergerät auf, das ständig die Funktionalität der Steer-by-wire-Kom­ ponenten des Lenksystems überwacht, insbesondere redundant vorhandene Informationen auf Plausibilität überprüft. Sobald das Steuergerät einen Fehler erkennt, schaltet es vom Normal­ betrieb in den Notbetrieb um, damit für das Fahrzeug eine ho­ he Betriebssicherheit gewährleistet werden kann. Die soge­ nannte "Rückfallebene" des Lenksystems, d. h. die im Notbe­ trieb aktivierte mechanische und/oder hydraulische Zwangs­ kopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern, kann beispielsweise über einen herkömmlichen Lenkstrang aus­ gebildet sein, der eine Kupplung enthält, mit deren Hilfe der mechanische Lenkstrang für den Notbetrieb aktivierbar ist. Alternativ zu einem mechanischen Lenkstrang kann auch eine hydraulische Zwangskopplung durch eine sogenannte "hydraulische Stange" vorgesehen sein. Eine solche hydrauli­ sche Stange weist ein handseitiges erstes Kolben-Zylinder-Ag­ gregat auf, dessen Kolben durch Betätigungen der Lenkhand­ habe axial im zugehörigen Zylinder verstellt wird, wobei Hy­ draulikmittel aus einer durch den Kolben im Zylinder ausge­ bildeten Kammer verdrängt und einem radseitigen zweiten Kol­ ben-Zylinder-Aggregat zugeführt wird. Das aus dem ersten Kol­ ben-Zylinder-Aggregat verdrängte Hydraulikmittel verdrängt im zweiten Kolben-Zylinder-Aggregat den zugehörigen Kolben, der mechanisch mit den gelenkten Fahrzeugrädern gekoppelt ist, so daß sich diese verstellen.

Aus der DE 196 22 731 A1 ist eine hydrostatische Lenkeinrich­ tung bekannt, die zwei Steuersysteme besitzt. Jedes dieser Steuersysteme weist dabei eine Hydraulikmittelpumpe, ein Ser­ voventil und einen Servomotor auf. Die Servoventile werden über ein gemeinsames Lenkhandrad betätigt. Die bekannte Len­ keinrichtung weist außerdem ein Umschaltventil auf, das in seiner Betriebsstellung die Motorleitungen des zweiten Steu­ ersystems in einer Notfallstellung die Motorleitungen des er­ sten Steuersystems hydraulisch miteinander verbindet. Außer­ dem ist eine Stellvorrichtung vorgesehen, die beim Auftreten eines Fehlers im ersten Steuersystem anspricht und das Um­ schaltventil aus der Betriebsstellung in die Notfallstellung umschaltet. Bei der bekannten Lenkeinrichtung ist daher auch bei Ausfall des ersten Steuersystems ein servounterstützter Lenkbetrieb möglich. Eine derartige Lenkeinrichtung, die über zwei komplette, separat arbeitende Steuersysteme verfügt, ist relativ aufwendig.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Lenksystem der eingangs genannten Art eine Ausgestal­ tung anzugeben, die mit konstruktiv einfachen Maßnahmen die Betriebssicherheit des Lenksystems erhöht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für die Steer-by-wire-Ebene ein erstes Steuergerät (Lenkwinkelsteuergerät) für die Betätigung eines Radwinkel­ stellers und ein zweites Steuergerät (Handmomentensteuergerät) für die Simulation von Handmomenten an der Lenkhandhabe vorzusehen, wobei die Steuergeräte je­ weils so ausgestaltet sind, daß jedes Steuergerät zusätzlich Teilfunktionen oder auch sämtliche Funktionen des jeweils an­ deren Steuergerätes ausführen kann, so daß für jedes Steuer­ gerät ein redundantes Steuergerät zur Verfügung steht. Da die Steuergeräte vorzugsweise rechnerunterstützt arbeiten und so­ mit programmierbar sind, können Zusatzfunktionen durch eine geänderte Programmierung ohne größeren Aufwand in die Steuer­ geräte integriert werden. Die Ausfallsicherheit des Lenksy­ stems wird durch den erfindungsgemäßen Vorschlag deutlich verbessert.

Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems sind die Steuergeräte und die diesen zugeordneten Sensoren über einen Datenbus mitein­ ander verbunden. Auf diese Weise kann mit geringem Aufwand ein vollständiger Informationsaustausch zwischen den Steuer­ geräten und den jeweils zugeordneten Sensoren durchgeführt werden.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Lenksystems kann das Lenksystem in einem Kom­ fortnotbetrieb betrieben werden, in dem für die mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung der Rückfallebene eine Servounterstützung vorgesehen ist, durch die zur Betätigung der Lenkhandhabe erforderliche Handmomente reduziert werden, um dadurch die Lenkbetätigung der Lenkhandhabe zu erleich­ tern. Vorzugsweise wird dabei die Servounterstützung mittels noch funktionsfähiger Elemente der Steer-by-wire-Ebene des Lenksystems realisiert. Beispielsweise kann die Servounter­ stützung durch den Handmomentensteller erfolgen, der bei ent­ sprechender Aussteuerung durch seine Kopplung mit der Lenk­ handhabe die für eine Lenkbetätigung erforderlichen Handmo­ mente reduziert.

Bei einer mit einem z. B. hydraulischen Servomotor arbeitenden Steer-by-wire-Ebene und einer hydraulisch zwangsgekoppelten Rückfallebene kann über eine entsprechende Kopplung der Hy­ drauliksysteme der zur Betätigung des Servomotors vorgesehene Hydraulikmittelkreis als Servounterstützung für die hydrauli­ sche Zwangskopplung der Rückfallebene dienen.

Das Steuerverhalten des Fahrzeuges unterscheidet sich bezüg­ lich der erforderlichen, vom Fahrer an der Lenkhandhabe auf­ zubringenden Handmomente beim Normalbetrieb sehr deutlich vom Notbetrieb, so daß ein Wechsel der Betriebszustände während einer Fahrt, insbesondere während einer Kurvenfahrt, gefähr­ lich ist. Durch den erfindungsgemäßen Komfortnotbetrieb stellt das Lenksystem für einen (Teil-)Ausfall der Steer-by-wire-Ebene einen Betriebsmodus zur Verfügung, der im wesent­ lichen einer herkömmlichen Servolenkung entspricht. Dabei kann der Übergang zwischen dem Normalbetrieb und dem Komfort­ notbetrieb so ausgestaltet werden, daß er vom Fahrer nicht bemerkt wird. Es ist jedoch zweckmäßig, dem Fahrer einen ent­ sprechenden Warnhinweis mit der Aufforderung zu geben, dem­ nächst eine Werkstatt aufzusuchen.

Zur Realisierung eines derartigen servounterstützten Komfort­ notbetriebes sind nur geringfügige bauliche Maßnahmen durch­ zuführen.

Ein weiterer wichtiger Gedanke des erfindungsgemäßen Lenksy­ stems wird darin gesehen, daß die Steuergeräte des Lenksy­ stems Zugriff auf Parameter, Daten, Signale u. dgl. anderer elektrischer oder elektronischer Fahrzeugkomponenten haben, um daraus Informationen (Signalwerte) zu generieren, die zu den Informationen (Signalwerten) redundant sind, die von den den Steuergeräten zugeordneten Sensoren generiert werden. Dieser Informationsfluß kann besonders einfach dadurch rea­ lisiert werden, daß die Steuergeräte über einen Datenbus mit einem Fahrzeugrechner verbunden sind, in dem die vorgenannten Fahrzeugbetriebsparameter vorhanden sind bzw. dem diese Para­ meter zugeleitet werden.

Weitere wichtige Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Lenksystems ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je­ weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombi­ nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung eines er­ findungsgemäßen Lenksystems.

Entsprechend Fig. 1 weist das erfindungsgemäße Lenksystem ein Lenkwinkelsteuergerät 1 auf, das zur Betätigung gelenkter Fahrzeugräder 2 dient. Das Lenkwinkelsteuergerät 1 ist über eine Signalleitung 3 mit einem Lenkwinkel-Sollwertgeber 4 verbunden, der mit einer als Lenkhandrad 5 ausgebildeten Lenkhandhabe gekoppelt ist. Außerdem ist das Lenkwinkelsteu­ ergerät 1 über eine Signalleitung 6 mit einem Lenkwinkel-Ist­ wertgeber 7 verbunden. Das Lenkwinkelsteuergerät 1 führt einen Vergleich der Soll- und Istwerte der Lenkwinkel durch und schaltet in Abhängigkeit davon ein Regelventil B, mit dem es über entsprechende Schaltleitungen 9 und 10 verbunden ist.

Das Regelventil 8 ist einerseits über eine Rückführungslei­ tung 11 an ein Hydraulikmittelreservoir 12 sowie über eine Hydraulikleitung 14 an die Druckseite einer Hydraulikmittel-Pumpe 13 angeschlossen, die saugseitig ebenfalls mit dem Hy­ draulikmittelreservoir 12 verbunden ist. In der Hydrauliklei­ tung 14 ist zwischen der Hydraulikmittelpumpe 13 und dem Re­ gelventil 8 außerdem ein Druckfilter 15 sowie ein Druckmeßge­ rät 16 enthalten. Andererseits ist das Regelventil 8 über Druckleitungen 17 und 18 an einen als Kolben-Zylinder-Aggregat ausgebildeten Servomotor 19 angeschlossen. Bei Stromausfall nimmt das Regelventil 8 die in Fig. 1 darge­ stellte Schaltstellung ein, in der sämtliche Anschlüsse des Regelventils 8 kurzgeschlossen sind.

Der Servomotor 19 weist zwei Kolben 20 und 21 auf, die an ei­ ner einen Zylinder 22 des Servomotors 19 axial durchdringen­ den Kolbenstange 23 fixiert sind. Zwischen den Kolben 20 und 21 ist im Zylinder 22 eine von der Kolbenstange 23 durchdrun­ gene axiale Trennwand 24 ausgebildet, so daß im Zylinder 22 des Servomotors 19 insgesamt vier Kammern 25, 26, 27 und 28 ausgebildet sind. Die beiderseits der Trennwand 24 angeordne­ ten Kammern 26 und 27 werden dabei von den Druckleitungen 17 und 18 des Regelventils 8 beaufschlagt, um die Kolben 20 und 21 und somit die Kolbenstange 23 axial zu verstellen. Die Kolbenstange 23 ist über Lenkstangen oder Spurstangen 29 und 30 mit den gelenkten Fahrzeugrädern 2 gekoppelt, so daß eine Axialverstellung der Kolbenstange 23 eine Lenkverstellung der gelenkten Fahrzeugräder 2 bewirkt.

Darüber hinaus ist das Lenkwinkelsteuergerät 1 über eine Schaltleitung 31 mit einem ersten Sicherheitsventil 32 ver­ bunden, das unbestromt die in Fig. 1 dargestellte Schaltstel­ lung aufweist, in der die Druckleitungen 17 und 18 kurzge­ schlossen sind. Für den Steer-by-wire-Betrieb des Lenksystems schaltet das Lenkwinkelsteuergerät 1 das erste Sicherheits­ ventil 32 in die andere Schaltstellung, in der die Drucklei­ tungen 17 und 18 voneinander getrennt sind.

Damit das Lenkwinkelsteuergerät 1 sämtliche ihm zugeordnete Funktionen erfüllen kann, ist es mit einer ersten Lenkwinkel­ steuerung 74 ausgestattet. Diese kann als Schaltung oder als Programm ausgebildet sein.

Um dem Fahrer ein Gefühl für die an den gelenkten Fahrzeugra­ dern 2 wirkenden Seitenkräfte zu geben, weist das erfindungs­ gemäße Lenksystem ein Handmomentensteuergerät 33 auf, das über eine Schaltleitung 34 einen als Elektromotor ausgebilde­ ten Handmomentensteller 35 betätigt. Dieser Handmomentenstel­ ler 35 ist direkt oder über ein Getriebe 36 an eine durch das Lenkhandrad 5 betätigte Lenkspindel 37 gekoppelt ist, die bei 71 gelagert ist.

Das Handmomentensteuergerät 33 ist außerdem über Signallei­ tungen 38 und 39 an zwei Druckmeßgeräte 40 und 41 angeschlos­ sen, von denen das eine Druckmeßgerät 40 mit der einen Druck­ leitung 17 und das andere Druckmeßgerät 41 mit der anderen Druckleitung 18 kommuniziert. Das Handmomentensteuergerät 33 kann auf diese Weise Druckdifferenzen zwischen den Kammern 26 und 27 ermitteln und daraus die an den gelenkten Fahrzeugra­ dern 2 wirkenden Seitenkräfte bestimmen. In Abhängigkeit der ermittelten Seitenkräfte generiert das Handmomentensteuerge­ rät 33 einen Handmomenten-Sollwert, der an dem Lenkhandrad 5 wirksam sein soll. Um dieses Handmoment an dem Lenkhandrad 5 zu simulieren, wird in entsprechender Weise der Handmomenten­ steller 35 betätigt. Dabei ist mit der Lenkspindel 37 ein Handmoment-Istwertgeber 42 gekoppelt, der über eine Signal­ leitung 43 mit dem Handmomentensteuergerät 33 verbunden ist. Über einen Vergleich der Soll- und Istwerte der Handmomente wird das vom Handmomentensteller 35 auf die Lenkhandhabe 5 übertragene Handmoment reguliert.

Damit das Handmomentensteuergerät 33 sämtliche ihm zugeordne­ te Funktionen erfüllen kann, ist es mit einer ersten Handmo­ mentensteuerung 73 ausgestattet, die dabei als Schaltung oder als Programm ausgebildet sein kann.

Für den Notbetrieb, d. h. für den Fall, daß die Steer-by-wire-Ebene fehlerhaft ist, weist das erfindungsgemäße Lenksystem eine Not- oder Rückfallebene auf, in der eine mechanische und hydraulische Zwangskopplung zwischen der Lenkhandhabe 5 und den gelenkten Fahrzeugrädern 2 vorhanden ist. Zu diesem Zweck ist die von der Lenkhandhabe 5 betätigte Lenkspindel 37 an ein Kolben-Zylinder-Aggregat 44 gekoppelt. Das mit dem Kol­ ben-Zylinder-Aggregat 44 zusammenwirkende axiale Ende der Lenkspindel 37 ist dabei als Spindeltrieb ausgebildet, der mit einem Kolben 45 des Kolben-Zylinder-Aggregates 44 zusam­ menwirkt, derart, daß Drehverstellungen der Lenkspindel 37 eine Axialverstellung des Kolbens 45 in einem Zylinder 46 des Kolben-Zylinder-Aggregates 44 bewirken. Der Kolben 45 trennt im Zylinder 46 axial zwei Kammern 47 und 48, die über Hydrau­ likleitungen 49 und 50 jeweils mit einer axial außenliegenden Kammer 25 bzw. 28 des Servomotors 19 verbunden sind. Da das Hydrauliksystem dieser Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe 5 und den gelenkten Fahrzeugrädern 2 abgeschlossen ist und da das Hydraulikmittel im wesentlichen inkompressibel ist, wird entsprechend der durch einen Pfeil 51 symbolisierten Fahrt­ richtung die rechte Kammer 47 des Kolben-Zylinder-Aggregates 44, die rechte Kammer 28 des Servomotors 19 sowie die diese Kammern 47 und 28 miteinander verbindende rechte Hydrau­ likleitung 49 als "rechte hydraulische Stange" bezeichnet. In entsprechender Weise werden die linke Kammer 48 des Kolben- Zylinder-Aggregates 44, die linke Kammer 25 des Servomotors 19 und die diese verbindende linke Hydraulikleitung 50 als "linke hydraulische Stange" bezeichnet.

Die linke Hydraulikleitung 50 kann über eine Verbindungslei­ tung 52 mit der rechten Hydraulikleitung 49 kommunizieren. Zu diesem Zweck müssen jedoch ein zweites Sicherheitsventil 53 und ein drittes Sicherheitsventil 54 entsprechend betätigt werden. Das zweite Sicherheitsventil 53 und das dritte Si­ cherheitsventil 54 sind über Schaltleitungen 55 und 56 mit dem Lenkwinkelsteuergerät 1 und mit dem Handmomentensteuerge­ rät 33 verbunden. In Fig. 1 weisen das zweite und das dritte Sicherheitsventil 53 und 54 ihre unbestromte Schaltstellung auf, die sie für den Notbetrieb selbsttätig einnehmen. In dieser Stellung sind die Anschlüsse der Sicherheitsventile 53 und 54 gesperrt, so daß die Hydraulikleitungen 49 und 50 nicht über die Verbindungsleitung 52 miteinander kommunizie­ ren können.

Um die Funktionssicherheit der Rückfallebene gewährleisten zu können, sind an das Kolben-Zylinder-Aggregat 44 drei Entlüf­ tungsleitungen 57, 58 und 59 angeschlossen, die jeweils die geodätisch am höchsten gelegenen Punkte des Hydrauliksystems der Rückfallebene bilden. Die Entlüftungsleitung 58, die mit einem zwischen den Kammern 47 und 48 ausgebildeten, relativ drucklosen Ringraum 60 des Zylinders 46 kommuniziert, ist über eine Rücklaufleitung 61 ständig mit dem Hydraulikmittel­ reservoir 12 verbunden. Im Unterschied dazu sind die Entlüf­ tungsleitungen 57 und 59, die mit den Druck beaufschlagten Kammern 46 und 47 kommunizieren, nur über Lüftungsventile 62 und 63 an die Rücklaufleitung 61 anschließbar. Die Lüftungs­ ventile 62 und 63 können zum einen über Schaltleitungen 64 und 65 vom Handmomentensteuergerät 33 sowie über davon sepa­ rate Schaltleitungen 66 und 67 vom Lenkwinkelsteuergerät 1 betätigt werden.

Die Druckbeaufschlagung der hydraulischen Stangen bzw. der hydraulischen Zwangskopplung der Rückfallebene erfolgt über eine hydraulische Kopplungsleitung 68, die zwischen dem zwei­ ten und dritten Sicherheitsventil 53 und 54 an die Verbin­ dungsleitung 52 angeschlossen ist und diese mit der Drucklei­ tung 17 verbindet. Durch entsprechende Schaltbetätigungen der Sicherheitsventile 53 und 54 sowie des Regelventils 8 können dadurch die linke Hydraulikleitung 50 oder die rechte Hydrau­ likleitung 49 oder beide mit der Druckseite der Hydraulikmit­ telpumpe 13 verbunden werden.

Mit den Hydraulikleitungen 49 und 50 kommunizieren Druckmeß­ geräte 69 und 70, mit deren Hilfe die Steuergeräte 1 bzw. 33 die Dichtigkeit des Hydrauliksystems der Rückfallebene über­ prüfen können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Steuergeräte 1 und 33 sowie sämtliche Sensoren (z. B. Druckmeßgeräte, Ist-/Sollwertgeber) über einen gemeinsamen Datenbus miteinander verbunden. Auf diese Weise wird zum einen die Anordnung der Signalleitungen erheblich übersichtlicher, zum anderen kann dadurch jede Komponente auf sämtliche Informationen, die im Bus transportiert werden, zugreifen. Insbesondere dann, wenn zur Verbindung der Lenksystem-Komponenten ein oder mehrere Datenbusse verwendet werden, können sich die entsprechend ausgebildeten bzw. entsprechend programmierten Steuergeräte 1 und 33 gegenseitig ergänzen bzw. ersetzen. Zu diesem Zweck enthält das Lenkwinkelsteuergerät 1 eine zweite Handmomenten­ steuerung 75, die sämtliche Funktionen des Handmomentensteu­ ergerätes 33 ausführen kann und dabei als Schaltung oder als Programm ausgebildet sein kann. Außerdem enthält das Handmo­ mentensteuergerät 33 eine zweite Lenkwinkelsteuerung 76, die sämtliche Funktionen des Lenkwinkelsteuergerätes 1 ausführen kann und dabei als Schaltung oder als Programm ausgebildet sein kann. Damit sich die Steuergeräte 1 und 33 auch hin­ sichtlich ihrer Schaltfunktionen ergänzen und ersetzen kön­ nen, sind vorzugsweise separate Verstärker vorgesehen, um die Schaltleistung für die zu schaltenden Elemente, wie z. B. Ven­ tile und Stellglieder, zur Verfügung zu stellen.

Zweckmäßigerweise bildet das Handmomentensteuergerät 33 zu­ sammen mit dem Handmomentensteller 35 eine gemeinsam montier­ bare Baugruppe, die z. B. im Bereich eines Armaturenbrettes im Fahrzeug, in der Nähe der Lenkhandhabe 5 montiert wird. Der Handmoment-Istwertgeber 42 befindet sich dann auch in örtli­ cher Nähe zu dieser Baugruppe oder ist in diese integriert.

Lediglich die Druckmeßgeräte 40 und 41 sind in der Nähe des Servomotors 19 angeordnet, so daß zur Verbindung mit dem Handmomentensteuergerät 33 jedenfalls für die Signalleitungen 38 und 39 im Fahrzeug Kabel verlegt werden müssen. Auch das Lenkwinkelsteuergerät 1 ist üblicherweise mit dem Servomotor 19 zu einer gemeinsam montierbaren Baugruppe zusammengefaßt, die jedoch im Bereich des Lenkgestänges 29, 30, in der Nähe der gelenkten Fahrzeugräder 2 am Fahrzeug montiert ist. Dabei ist auch der Lenkwinkel-Istwertgeber 7 zweckmäßigerweise in diese Baugruppe integriert. Ebenfalls kann das Regelventil 8 sowie der gesamte Hydraulikkreis für die Betätigung des Ser­ vomotors 19 in dessen Nähe untergebracht sein. Lediglich der Lenkwinkel-Sollwertgeber 4 ist im Bereich der Lenkhandhabe 5 angeordnet, so daß jedenfalls für die Signalleitung 3 im Fahrzeug ein Kabel verlegt werden muß.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene gegenseitige Redundanz der Steuergeräte 1 und 33 läßt sich ohne großen konstruktiven Aufwand besonders einfach realisieren. Wenn für die Steuerge­ räte 1 und 33 standardisierte, programmierbare Bauteile ver­ wendet werden, hängt es im wesentlichen von der Programmie­ rung ab, ob das Steuergerät 1 bzw. 33 zur Betätigung des Handmomentenstellers 35 oder zur Betätigung des Lenkwinkel­ stellers (Servomotor 19) dient. Dementsprechend können die Steuergeräte 1 und 33 auch so ausgebildet, insbesondere pro­ grammiert, werden, daß sie sowohl zur Betätigung des Handmo­ mentenstellers 35 als auch des Lenkwinkelstellers 19 verwen­ det werden können. Da ohnehin Kabel für die Signalleitungen 38 und 39 zur Verbindung der Druckmeßgeräte 40 und 41 mit dem Handmomentensteuergerät 33 und für die Signalleitung 3 zur Verbindung des Lenkwinkel-Sollwertgebers 4 mit dem Lenkwin­ kelsteuergerät 1 verlegt werden müssen, kann ohne zusätzli­ chen Aufwand statt dessen ein Datenbus verlegt werden, so daß beide Steuergeräte 1 und 33 einerseits die Signalwerte sämt­ licher Sensoren abrufen können und andererseits über jeweils von beiden Steuergeräten 1 und 33 zu den Schaltelementen ver­ legte Stromkabel jeweils sämtliche oder ein Teil der Schalte­ lemente betätigt werden können. Auf diese Weise können sich die Steuergeräte 1 und 33 gegenseitig unterstützen und erset­ zen. Die Sicherheit des Lenksystems wird durch die erfin­ dungsgemäße Ausgestaltung erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die von beiden Steu­ ergeräten 1 und 33 betätigbaren Schaltelemente, wie z. B. Ven­ tile, Elektromotor, elektrische Kupplung in einem Lenkstrang, mit getrennten Wicklungen ausgestattet, von denen je eine ei­ nem der Steuergeräte 1 und 33 zugeordnet ist. Beispielsweise besitzen die Ventile jeweils zwei getrennt und unabhängig schaltbare Betätigungsmagnete. Auf diese Weise wird die Aus­ fallsicherheit, insbesondere hinsichtlich Kurzschlußfestig­ keit, verbessert.

Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems können die Steuergeräte 1 und 33 für den Fall, daß nur Teile der Steer-by-wire-Ebene des Lenksystems fehlerhaft arbeiten, das Lenksystem in einem Komfortnotbetrieb betreiben, der im wesentlichen wie eine herkömmliche servounterstützte Lenkung mit Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe 5 und gelenkten Fahrzeugrädern 2 arbei­ tet. Blockiert beispielsweise das Regelventil 8, werden die Sicherheitsventile 32, 53 und 54 in die in Fig. 1 dargestellte Schaltposition geschaltet, so daß die Lenkbetätigung der ge­ lenkten Fahrzeugräder 2 in Abhängigkeit der Axialverstellung des Kolbens 45 im handseitigen Kolben-Zylinder-Aggregat 44 erfolgt. Damit der Fahrer am Lenkhandrad 5 nicht das ganze für eine Lenkverstellung der gelenkten Fahrzeugräder 2 erfor­ derliche Handmoment von Hand aufbringen muß, wird in diesem Komfortnotbetrieb der Handmomentensteller 35 als Servounter­ stützung verwendet, wozu er vom Handmomentensteuergerät 33 über Schaltleitung 34 bzw. vom Lenkwinkelsteuergerät 1 über eine Schaltleitung 72 in entsprechender Weise angesteuert wird.

In einem anderen Schadensfall können das Regelventil 8 und die Sicherheitsventile 53 und 54 so von den Steuergeräten 1 und 33 gesteuert werden, daß das radseitige Kolben-Zylinder-Aggregat (Servomotor 19) in Abhängigkeit der Betätigung der Lenkhandhabe 5 hydraulisch betätigt wird und sich so für die Axialverstellung des Kolbens 45 bzw. für die Kolbenstange 23 des Servomotors 19 eine hydraulische Servounterstützung er­ gibt.

Erst wenn auch die zur Servounterstützung verwendbaren Kompo­ nenten der Steer-by-wire-Ebene ausfallen, muß das erfindungs­ gemäße Lenksystem im Notbetrieb ohne Servounterstützung be­ trieben werden.

Ein anderer wichtiger Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Lenksystems wird darin gesehen, daß während des Normalbetrie­ bes des Lenksystems in regelmäßigen Abständen zum einen das Hydrauliksystem der Rückfallebene (die hydraulischen Stangen) über die Entlüftungsventile 62 und 63 entlüftet wird, so daß Beeinträchtigungen der Funktion der Rückfallebene ausge­ schlossen werden können. Zum anderen werden regelmäßig Dich­ tigkeitsprüfungen der Hydraulikkomponenten der Rückfallebene durchgeführt, wobei die linke hydraulische Stange unabhängig von der rechten hydraulischen Stange untersucht werden kann. Auf diese Weise können gegebenenfalls vorhandene Leckagen re­ lativ genau lokalisiert werden. Falls das Lenksystem bzw. dessen Steuergeräte 1 und 33 eine Fehlfunktion der Rückfalle­ bene feststellen, kann dies dem Fahrer angezeigt werden. Je­ denfalls wird diese Fehlfunktion bei der nächsten Inspektion des Fahrzeuges signalisiert. Je nach Sicherheitskonzeption kann für diesen Fall auch vorgesehen sein, daß die Höchstge­ schwindigkeit des Fahrzeuges, dessen Reichweite od. dgl. be­ grenzt werden. Beispielsweise soll das Fahrzeug nur noch mit niedriger Geschwindigkeit bis zur nächsten Werkstatt gefahren werden können.

Wenn die Steuergeräte 1 und 33 beispielsweise über einen Bus 77 mit einem oder mehreren Fahrzeugrechnern 78 kommunizieren, können die von dem jeweiligen Rechner erfaßten und verarbei­ teten Informationen von den Steuergeräten 1 und 33 ausgenutzt werden, um Plausibilitätsprüfungen durchzuführen oder um für ausgefallene Sensoren bzw. für deren Signale redundante Si­ gnale zu erhalten.

Claims (13)

1. Lenksystem für ein Fahrzeug, das in einem Normalbetrieb, in dem eine vom Fahrer betätigte Lenkhandhabe (5), z. B. Lenk­ handrad, und gelenkte Fahrzeugräder (2) über eine elektrische bzw. elektronische Regelstrecke miteinander verbunden sind (Steer-by-wire-Ebene), und in einem Notbetrieb betreibbar ist, in dem die Lenkhandhabe (5) und die gelenkten Fahrzeu­ gräder mechanisch und/oder hydraulisch zwangsgekoppelt sind (Rückfallebene), mit einem Lenkwinkelsteuergerät (1) für ei­ nen die gelenkten Fahrzeugräder (2) betätigenden Lenkwinkel­ steller (19), z. B. elektrischer oder hydraulischer Servomo­ tor, das eine erste Lenkwinkelsteuerung enthält, die Lenkwin­ kel-Istwerte eines mit den gelenkten Fahrzeugrädern (2) betä­ tigten Lenkwinkel-Istwertgebers (7) und Lenkwinkel-Sollwerte eines mit der Lenkhandhabe (5) betätigten Lenkwinkel-Soll­ wertgebers (4) vergleicht und in Abhängigkeit davon den Lenkwinkelsteller (19) betätigt, und mit einem Handmomenten­ steuergerät (33) für einen die Lenkhandhabe (5) zur Simulati­ on von Handmomenten betätigenden Handmomentensteller (35), das eine erste Handmomentensteuerung enthält, die mit den an den gelenkten Fahrzeugrädern (2) wirkenden Kräften korrelier­ te Handmoment-Sollwerte generiert und mit Handmoment-Ist­ werten eines mit der Lenkhandhabe betätigten Handmoment-Ist­ wertgebers (42) vergleicht und in Abhängigkeit davon den Handmomentensteller (35) betätigt, wobei die Steuergeräte (1, 33) sich selbst und das Lenksystem auf Funktionssicherheit und Plausibilität überwachen und in Abhängigkeit dieser Über­ wachung ein Umschalten zwischen dem Normalbetrieb und dem Notbetrieb des Lenksystems bewirken, wobei das Lenkwinkel­ steuergerät (1) eine zweite Handmomentensteuerung umfaßt, die redundant zur ersten Handmomentensteuerung des Handmomenten­ steuergerätes (33) geschaltet ist, und wobei das Handmomen­ tensteuergerät (33) eine zweite Lenkwinkelsteuerung umfaßt, die redundant zur ersten Lenkwinkelsteuerung des Lenkwinkel­ steuergerätes (1) geschaltet ist.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Datenbusse vorgesehen sind, an welche die Steuergeräte (1, 33) und diesen zugeordnete Sensoren ange­ schlossen sind.

3. Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den oder die Datenbusse noch wenigstens ein weiteres Fahrzeugsteuergerät angeschlossen ist.

4. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergeräte (1, 33) während des Normalbetriebes die mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung der Rückfal­ lebene auf Funktionalität überprüfen.

5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung der Rückfallebene ein handseitiges Kolben-Zylinder-Aggregat (44) aufweist, das mechanisch mit der Lenkhandhabe (5) betätigt ist und das hydraulisch ein radseitiges Kolben-Zylin­ der-Aggregat (19) betätigt, das seinerseits mechanisch die ge­ lenkten Fahrzeugräder (2) betätigt.

6. Lenksystem nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergeräte (1,33) zur Überprüfung der Funktionali­ tät der Rückfallebene einen Hydraulikkreis der Zwangskopplung auf Dichtigkeit und/oder anstehendes Systemdruckniveau über­ prüfen.

7. Lenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangskopplung einen mechanischen Lenkstrang auf­ weist, der mittels elektrisch oder hydraulisch betätigter Kupplung auftrennbar ist, wobei zur Funktionsüberprüfung Nä­ herungsschalter vorgesehen sind, die ansprechen, wenn die Kupplung routinemäßig kurzzeitig geschlossen wird, und/oder wobei zur Funktionsüberprüfung der elektrischen Kupplung de­ ren Strom- und/oder Spannungsversorgung geprüft wird und/oder wobei zur Funktionsüberprüfung der hydraulischen Kupplung Drucksensoren vorgesehen sind, die den minimal zulässigen Öffnungsdruck überwachen.

8. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergeräte (1, 33) das Lenksystem in einem Komfort­ notbetrieb betreiben können, in dem für die mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung der Rückfallebene eine Servounterstützung vorgesehen ist.

9. Lenksystem nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwinkelsteller als hydraulischer Servomotor (19) ausgebildet ist, der durch ein mit einer Hydraulikmittelpumpe (13) verbundenes Servoventil (8) betätigt ist, und daß die Servounterstützung des Komfortnotbetriebes durch den Hydrau­ likmittelkreis des Servomotors (19) erfolgt, der dabei hy­ draulisch mit den Kolben-Zylinder-Aggregaten (44, 19) der Zwangskopplung gekoppelt ist und deren Betätigung servounter­ stützt.

10. Lenksystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Servounterstützung durch den Handmomentensteller (35) erfolgt, der dabei Betätigungen der Lenkhandhabe (5) unter­ stützt.

11. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergeräte (1, 33) über einen Datenbus mit einem Fahrzeugrechner verbunden sind, an den weitere Sensoren ange­ schlossen sind, und dort vorhandene Fahrzeugbetriebsparameter zur Erzeugung von Signalen verwenden, die zu denjenigen Si­ gnalen redundant sind, die anhand von Meßwerten wenigstens eines den Steuergeräten zugeordneten Sensors generiert wer­ den.

12. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte separate Schaltleitungen (64, 65, 66, 67, 34, 72) vorgesehen sind, die jedes Steuergerät (1, 33) mit einem oder mehreren Schaltelementen (62, 63, 35) verbinden, die so durch beide Steuergeräte (1, 33) betätigbar sind.

13. Lenksystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die durch beide Steuergeräte (1, 33) betätigbaren Schalte­ lemente (62, 63, 35) jeweils zwei Wicklungen aufweisen, die zur Betätigung des jeweiligen Schaltelementes (62, 63, 35) getrennt bestrombar sind und von denen je eine dem einen Steuergerät (1) und je eine dem anderen Steuergerät (33) zugeordnet ist.