DE102004029783A1

DE102004029783A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Beeinflussung des Lenkverhaltens eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102004029783A1
Application number: DE102004029783A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. Krimmel; Claus Dr. Granzow
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2006-01-05
Also published as: US20050283290A1; JP2006008120A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung des Lenkverhaltens eines Kraftfahrzeuges mit mindestens einer Differenzialsperre, mit welcher ein erstes Giermoment (M¶G¶) erzeugbar ist, sowie mit einem Lenksystem (2), bei dem einem Fahrerlenkwinkel (delta¶FL¶) ein Zusatzlenkwinkel (delta¶ZL¶) überlagerbar ist und mit dem ein zweites Giermoment erzeugbar ist. Dabei wird der Zusatzlenkwinkel (delta¶ZL¶) erfindungsgemäß so berechnet, dass dadurch ein zweites Giermoment erzeugt wird, welches das erste Giermoment (M¶G¶) kompensiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Beeinflussung des Lenkverhaltens eines Kraftfahrzeugs, welches mindestens eine Differenzialsperre und ein Lenksystem besitzt, bei dem ein vom Fahrer eingestellter Fahrerlenkwinkel von einem Zusatzlenkwinkel überlagerbar ist, entsprechend dem Oberbergriff des Patentanspruches 1 sowie.
Überlagerungslenkungen sind z. B. durch die DE-A 40 31 316 oder die DE-C 43 26 355 bekannt. Sie weisen ein Planetengetriebe mit zwei Eingangswellen und einer Ausgangswelle auf, wobei ein vom Fahrer gewünschter Fahrerlenkwinkel über die erste Eingangswelle und ein Zusatzlenkwinkel, z. B. mittels eines Elektromotors über die zweite Eingangswelle eingegeben werden, so dass der Zusatzlenkwinkel dem Fahrerlenkwinkel überlagert wird. Über die Ausgangswelle des Überlagerungsgetriebes wird dann der Lenkwinkel an die Vorderräder übertragen. Damit lässt sich eine veränderliche Lenkübersetzung erreichen, was auch unter der Bezeichnung „Aktivlenkung" bekannt wurde, z. B. durch einen Prospekt der Firma ZF Lenksysteme GmbH.
Durch die DE-A 102 18 579 wurde ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Überlagerungsgetriebe (AFS = Active Front Steering) bekannt, welches einen Haupteingang für einen Fahrerlenkwinkel und einen Nebeneingang für einen Zusatzlenkwinkel aufweist. Durch einen derartigen Lenkeingriff kann die Fahrdynamik des Fahrzeuges beeinflusst werden. Vorteilhaft bei einem Überlagerungsgetriebe ist, dass zwischen Lenkrad und den lenkbaren Vorderrädern eine mechanische Verbindung besteht, welche die Sicherheit des Fahrzeuges erhöht.
Bekannt sind auch so genannte Steer-by-wire-Systeme, bei denen die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe vollständig durch elektromechanische Komponenten ersetzt werden. Auch hier kann dem durch den Fahrer vorgegebenen Fahrerlenkwinkel ein Zusatzlenkwinkel überlagert werden.
Bekannt ist auch, bei einem unerwartet auftretenden Giermoment des Fahrzeuges einen Lenkeingriff vorzunehmen, z. B. bei einer so genannten μ-split-Situation, d. h. bei unterschiedlichen Reibwerten auf der linken und der rechten Fahrbahnseite. In der DE-A 40 38 079 wird ein Fahrzeug mit einem Antiblockiersystem (ABS) beschrieben, bei welchem bei einer μ-split-Bremsung ein Kompensationslenkwinkel überlagert wird, um das durch die μ-split-Situation auftretende Giermoment auszugleichen. Dabei wird der Kompensationslenkwinkel in Abhängigkeit von den herrschenden Bremsdrücken bzw. der Bremsdruckdifferenz zwischen rechtem und linkem Rad berechnet. Der durch den Kompensationslenkwinkel erzeugte Radeinschlag kompensiert das Giermoment.
Die Erfindung geht aus von einer Fahrsituation, wie sie bei Fahrzeugen mit Differenzialsperre auftreten kann. Derartige Differenzialsperren sind bekannt und werden vorzugsweise bei Nutz- und Geländefahrzeugen eingesetzt, um ein Durchdrehen eines angetriebenen Rades zu verhindern. Fährt ein Fahrzeug mit Differenzialsperre auf einer μ-split-Fahrbahn an und wird ein durchdrehendes Rad mittels der Differenzialsperre abgebremst, ergibt sich ein für den Fahrer des Fahrzeuges ungewolltes Giermoment. Dabei versucht das Fahrzeug auf die Seite des niedrigeren Reibwertes einzuspuren. Differenzialsperren können beispielsweise durch ein Differentialgetriebe mit Lamellenkupplung oder durch eine elektronische Ansteuerung der Fahrzeugbremsen dargestellt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Fahrzeug mit Differenzialsperre und einem durch die Wirkung der Differentialsperre auftretendem Giermoment den Fahrzeuglenker zu entlasten, d. h. das Giermoment weitestgehend zu kompensieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 7 oder 8, sowie durch eine Verwendung eines Verfahrens oder einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Erfindungsgemäß ist bei einem Kraftfahrzeug mit Differenzialsperre und einem Lenksystem, bei der einem Fahrerlenkwinkel ein Zusatzlenkwinkel überlagert werden kann vorgesehen, dass ein auftretendes erstes Giermoment durch ein zweites Giermoment kompensiert wird. Der bei Auftreten des ersten Giermomentes berechnete und eingespeiste Zusatzlenkwinkel führt zu einem Radeinschlag, welcher dem ersten Giermoment, beispielsweise hervorgerufen durch ein Anfahren des Fahrzeuges auf einer μ-split-Fahrbahn, entgegenwirkt. Durch den Zusatzlenkwinkel wird am Fahrzeug ein zweites Giermoment erzeugt, welches betragsmäßig dem ersten Giermoment entspricht aber entgegenwirkt und somit kompensiert. Der Fahrzeuglenker ist somit weitestgehend entlastet, d. h. er muss nicht oder kaum gegenlenken, um das Fahrzeug auf Geradeauskurs zu halten.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Größe des Zusatzlenkwinkels in Abhängigkeit von verschiedenen, am Fahrzeug messbaren Parametern in einer Recheneinheit berechnet werden. Zu diesen Parametern gehören: die Raddrehzahlen bzw. die daraus abgeleiteten Differenzdrehzahlen an der Differenzialsperre bzw. deren Sperrkupplung, ferner die erfassten Reibwerte, die übertragenen Kupplungsmomente und das Motormoment, die Bremsdrücke, die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrerlenkwinkel und die Gierrate des Fahrzeuges, d. h. die Winkelgeschwindigkeit um die Hochachse des Fahrzeuges. Aus diesen Werten lässt sich ein Zusatzlenkwinkel errech nen, durch dessen Überlagerung das Giermoment weitestgehend kompensiert werden kann.
Nach einer alternativen Weiterbildung der Erfindung kann der Zusatzlenkwinkel auch direkt aus dem durch die Wirkung der Differenzialsperre auftretenden Giermoment berechnet werden, beispielsweise anhand der Raddrehzahlen, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Reibwerte, der Kupplungsanpressung, der Radlenkwinkel, des Fahrerlenkwinkels sowie der Gierrate des Fahrzeuges. Das Giermoment kann somit berechnet oder geschätzt werden. Aus dem Wert des Giermomentes wird der Zusatzlenkwinkel berechnet und in die Überlagerungslenkung eingespeist. Der daraus resultierende Lenkeingriff, d. h. der Radeinschlag der Vorderräder führt ebenfalls zu einem Giermomentausgleich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 ein Blockschaubild zur Berechnung eines Zusatzlenkwinkels und
2 eine Alternative zur Berechnung eines Zusatzlenkwinkels.

1 zeigt ein Blockschaubild für die Berechnung eines Zusatzlenkwinkels δ_ZL. In einen als Block dargestellte Recheneinheit 1 werden diverse Parameter, bezeichnet mit x1 bis x9, eingegeben. Die Recheneinheit 1 errechnet aus diesen Daten den Zusatzlenkwinkel δ_ZL, welcher in ein Lenksystem 2 eingegeben wird. Der Zusatzlenkwinkel δ_ZL wird im Lenksystem 2 einem vom Fahrer des Kraftfahrzeuges angesteuerten Fahrerlenkwinkel δ_FL überlagert und als Radlenkwinkel an die Vorderräder des Kraftfahrzeuges weitergegeben. Der hier dargestellte Zusatzlenkwinkel δ_ZL führt somit zu einer Korrektur des vom Fahrer gewählten Fahrerlenkwinkels δ_FL. Durch diese Korrektur des Fahrerlenkwinkels δ_FL wird am Fahrzeug über das Lenksystem 2 ein zweites Giermo ment erzeugt. Der Zusatzlenkwinkel δ_ZL wird erfindungsgemäß nun so berechnet, das das dadurch erzeugte zweite Giermoment das erste Giermoment M_G, welches durch die Wirkung einer Differenzialsperre entsteht, kompensiert. Das erste Giermoment M_G der Differenzialsperre wird beispielsweise durch eine Fahrbahn mit unterschiedlichen Reibwerten für die unterschiedlichen antreibbaren Räder hervorgerufen (μ-split-Situation) und ist unerwünscht. Wenn das Fahrzeug in einer μ-split-Situation anfährt und ein durchdrehendes Rad mittels der Differenzialsperre abgebremst wird, ergibt sich ein erstes Giermoment M_G, welches das Fahrzeug in Richtung des niedrigeren Reibwertes dreht. Diesem ersten Giermoment M_G wirkt das zweite Giermoment, hervorgerufen durch den Zusatzlenkwinkel δ_ZL, entgegen. Der Zusatzlenkwinkel δ_ZL wird aus mindestens einem der Parameter x1 bis x9 berechnet, wobei diese folgende Bedeutung haben:

x1:	Raddrehzahlen des Fahrzeuges,
x2:	Fahrzeuggeschwindigkeit,
x3:	Reibwerte,
x4	Kupplungsmoment der Differenzialsperre,
x5	Motormoment,
x6:	Bremsdrücke,
x7:	Fahrerlenkwinkel δ_FL,
x8:	Radlenkwinkel δ_RL,
x9:	Gierrate ω_Z (Winkelgeschwindigkeit um die z-Achse des Fahrzeuges).

Mit diesen Parametern wird ein geeigneter Zusatzlenkwinkel δ_ZL berechnet, welcher über einen Radeinschlag durch das Lenksystem 2 ein zweites Giermoment erzeugt, welches dem ersten Giermoment M_G aus der Differenzialsperre entgegenwirkt. Damit ist der Fahrer entlastet und vom Gegenlenken des Fahrzeuges befreit. Wenn die μ-split-Situation nicht mehr besteht, ist ein Gier momentausgleich nicht mehr erforderlich, und der Zusatzlenkwinkel δ_ZL wird in einer vorgegebenen Zeitspanne auf den Wert Null zurückgeführt. Es erfolgt kein Lenkeingriff mehr.
2 zeigt eine alternative Berechnungsmethode, dargestellt in einem Blockschaubild, wobei der Block 3 wiederum einen Berechnungseinheit darstellt, in welcher diverse Parameter x1 bis x9 eingegeben werden. Mittels dieser unten erläuterten Parameter, die den oben genannten Parameter x1 bis x9 entsprechen, wird das infolge des Eingriffs der Differenzialsperre erzeugte erste Giermoment M_G berechnet. Der Wert des ersten Giermomentes M_G wird dem Block 4 als Eingangssignal zugeführt, wo der Zusatzlenkwinkel δ_ZL berechnet wird, der wiederum in das Lenksystem 2 eingespeist wird. Dort erfolgt eine Überlagerung mit dem Fahrerlenkwinkel δ_FL zur Erzeugung eines Radlenkwinkels für die Vorderräder. Die Berechnung des Zusatzlenkwinkels δ_ZL erfolgt bei dieser Alternative über die Größe des ersten Giermoments M_G – insofern ist der Zusatzwinkel δ_ZL und der daraus resultierende Lenkeingriff unmittelbar an das erste Giermoment M_G angepasst.

Die in den Rechner 3 eingegebenen Parameter bedeuten:

Durch mindestens einen der Parameter x1 bis x9 oder y1 bis y9 lässt sich eine μ-split-Situation erkennen.

Claims

Verfahren zur Beeinflussung des Lenkverhaltens eines Kraftfahrzeugs mit mindestens einer Differenzialsperre, mit welcher ein erstes Giermoment (M_G) erzeugbar ist sowie mit einem Lenksystem (2), bei dem einem Fahrerlenkwinkel (δ_FL) ein Zusatzlenkwinkel (δ_ZL) überlagerbar ist und mit dem ein zweites Giermoment erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzlenkwinkel (δ_ZL) so eingestellt wird, dass das dadurch entstehende zweite Giermoment das erste Giermoment (M_G) kompensiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Giermoment (M_G) in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parametern berechnet wird: – x1: Raddrehzahlen des Fahrzeuges, – x2: Fahrzeuggeschwindigkeit, – x3: Reibwerte, – x4 Kupplungsmoment der Differenzialsperre, – x5 Motormoment, – x6: Bremsdrücke, – x7: Fahrerlenkwinkel δ_FL, – x8: Radlenkwinkel δ_RL, – x9: Gierrate ω_Z (Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse des Fahrzeuges).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzlenkwinkel (δ_ZL) in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parameter berechnet wird: – x1: Raddrehzahlen des Fahrzeuges, – x2: Fahrzeuggeschwindigkeit,

– x3: Reibwerte, – x4 Kupplungsmoment der Differenzialsperre, – x5 Motormoment, – x6: Bremsdrücke, – x7: Fahrerlenkwinkel δ_FL, – x8: Radlenkwinkel δ_RL, – x9: Gierrate ω_Z (Winkelgeschwindigkeit um die z-Achse des Fahrzeuges).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzlenkwinkel (δ_ZL) in Abhängigkeit von dem ersten Giermoment (M_G) berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens einen der Parameter (x1 bis x9) eine μ-split-Situation erkennbar ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Wegfall des ersten Giermomentes (M_G) der Differenzialsperre der Zusatzlenkwinkel (δ_ZL) über einen vorgebbaren zeitlichen Verlauf auf den Wert Null zurückführbar ist.
Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einer Differenzialsperre sowie einem Lenksystem, bei der einem Fahrerlenkwinkel (δ_FL) mit einem Zusatzlenkwinkel (δ_ZL) überlagerbar ist und einer Berechnungseinheit (1), mit welcher anhand von Parametern (x1 – x8) der Zusatzlenkwinkel (δ_ZL) berechenbar ist.
Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einer Differenzialsperre sowie einem Lenksystem (2), bei der einem Fahrerlenkwinkel (δ_FL) mit einem Zusatzlenkwinkel (δ_ZL) überlagerbar ist und einer Berechnungseinheit (3), mit welcher anhand von Parametern (x1 – x9) ein erstes Giermoment (M_G) berechnebar ist sowie einer zweiten Berechnungseinheit (4), mit welcher anhand des ersten Giermoments (M_G) der Zusatzlenkwinkel (δ_ZL) berechenbar ist.
Verwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche in einem Kraftfahrzeug mit mindestens einer Differenzialsperre und mit einem Lenksystem (2), bei dem einem Fahrerlenkwinkel (δ_FL) mit einem Zusatzlenkwinkel (δ_ZL) überlagerbar ist.