DE102005008468B4

DE102005008468B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung eines Lenkwinkels eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005008468B4
Application number: DE102005008468.0A
Authority: DE
Inventors: Wei-Chia Lee; Rudolf Haus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: WO2006089825A1; DE102005008468A1

Abstract

Verfahren zur Einstellung eines Lenkwinkels bei einem Kraftfahrzeug, – bei dem der durch eine Lenkung einzustellende Soll-Lenkwinkel (δsoll) ermittelt wird, – bei dem zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels (δsoll) auf die Lenkung ein fahrerunabhängiges Lenkmoment (Mkorr) aufgebracht wird und – bei dem das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) so gewählt wird, dass die Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) eine vorgegebene Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) annimmt, wobei in die Ermittlung des fahrerunabhängigen Lenkmoments (Mkorr) wenigstens – der Soll-Lenkwinkel (δsoll), – der vorliegende Ist-Lenkwinkel (δist), – die Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) und – die vorliegende Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) eingehen, dadurch gekennzeichnet, dass – ausgehend von dem einzustellenden Soll-Lenkwinkel (δsoll) ein unkorrigiertes Lenkmoment (M) ermittelt wird, – aus dem unkorrigierten Lenkmoment (M) wenigstens mittels der Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) und der Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) ermittelt wird, wobei – das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) größer als das unkorrigierte Lenkmoment (M) ist, wenn die Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) kleiner als die Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) ist und – das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) kleiner als das unkorrigierte Lenkmoment (M) ist, wenn die Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) größer als die Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Lenkwinkels bei einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 Fahrerassistenzsysteme helfen dem Fahrer, die Fahraufgabe ordnungsgemäß zu bewältigen. Seit langem gibt es Systeme, welche in die Bremsung (z. B. ABS oder ESP) oder den Antriebsstrang (z. B. Tempomat) eingreifen. Durch die elektromechanische Lenkung EPS (= Electric Power Steering) ist es möglich, haptische Rückmeldungen am Lenkrad durch Überlagerung von Lenkmomenten zu erzeugen oder automatisch zu lenken.
Aus der DE 199 40 007 A1 ist ein Verfahren zur Unterstützung des Einparkens eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dabei werden Soll- und Ist-Trajektorien verglichen und das Vergleichsergebnis ermöglicht eine mit den Phasen des Einparkvorgangs schritthaltende Berechnung des Lenkwinkels, für den in einem Funktionsblock eine Stellgröße ermittelt wird.
Die EP 1 346 901 A2 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Lenkwinkel während eines (teil-)automatischen Fahrmanövers derart angepasst wird, dass die Lenkgeschwindigkeit sich linear zur zurückgelegten Strecke in Längsrichtung des Fahrzeugs verhält. Dadurch wird erreicht, dass sich die Berechnungen die während des Manövers durchgeführt werden müssen, um den Ist-Lenkwinkel dem Soll-Lenkwinkel anzupassen vereinfachen.
Auch in den nachveröffentlichten Druckschriften DE 10 2004 054 437 A1 und DE 10 2005 008 176 A1 werden Soll-Lenkgeschwindigkeiten lediglich in Abhängigkeit von der Position bzw. Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt.
Vorteile der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den Lenkwinkel eines Kraftfahrzeugs so einzustellen, dass stets die gleiche Lenkgeschwindigkeit bei fahrerunabhängigen Lenkbewegungen einbestellt wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zur Einstellung eines Lenkwinkels eines Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 sowie durch die entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 3. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Lenkwinkels bei einem Kraftfahrzeug,

– bei dem der durch eine Lenkung einzustellende Soll-Lenkwinkel ermittelt wird,
– bei dem zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels auf die Lenkung ein fahrerunabhängiges Lenkmoment aufgebracht wird und
– bei dem das fahrerunabhängige Lenkmoment so gewählt wird, dass die Lenkgeschwindigkeit einen vorgegebenen Sollwert (Soll-Lenkgeschwindigkeit) annimmt.

Dadurch wird unabhängig von Größen wie beispielsweise dem Fahrbahnbelag oder den Radaufstandskräften stets die gleiche Lenkgeschwindigkeit bei fahrerunabhängigen Lenkbewegungen einbestellt. Dies führt zu einer Erhöhung des Fahrkomforts. Weiter findet dadurch eine Minimierung der Abweichungen zwischen Soll- und Istwert des Lenkwinkels und damit eine Funktionsverbesserung des Verfahrens statt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,

– dass die Einstellung des Lenkwinkels durch eine Regelung erfolgt,
– wobei in einer inneren Regelungsschleife des zugrunde liegenden Regelkreises die vorliegende Ist-Lenkgeschwindigkeit an die vorgegebene Soll-Lenkgeschwindigkeit angenähert wird und
– wobei in einer äußeren Regelungsschleife des Regelkreises der vorliegende Ist-Lenkwinkel an den vorgegebenen Soll-Lenkwinkel angenähert wird.

Es ist außerdem vorgesehen, dass in die Ermittlung des fahrerunabhängigen Lenkmoments wenigstens

– der Soll-Lenkwinkel,
– der vorliegende Ist-Lenkwinkel,
– die Soll-Lenkgeschwindigkeit und
– die vorliegende Ist-Lenkgeschwindigkeit eingehen.

Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass

– ausgehend von dem einzustellenden Soll-Lenkwinkel ein unkorrigiertes Lenkmoment ermittelt wird
– aus dem unkorrigierten Lenkmoment mittels wenigstens der Ist-Lenkgeschwindigkeit und der Soll-Lenkgeschwindigkeit das fahrerunabhängige Lenkmoment ermittelt wird.

Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass

– dass das fahrerunabhängige Lenkmoment größer als das unkorrigierte Lenkmoment ist, wenn die Ist-Lenkgeschwindigkeit kleiner als die Soll-Lenkgeschwindigkeit ist und
– dass das fahrerunabhängige Lenkmoment kleiner als das unkorrigierte Lenkmoment ist, wenn die Ist-Lenkgeschwindigkeit größer als die Soll-Lenkgeschwindigkeit ist.

Weiter umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur Einstellung eines Lenkwinkels bei einem Kraftfahrzeug, enthaltend

– Lenkmittel zur Einstellung eines Soll-Lenkwinkels,
– Aktormittel, mit denen zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels auf die Lenkmittel ein fahrerunabhängiges Lenkmoment aufgebracht wird sowie
– Ermittlungsmittel, mit denen das fahrerunabhängige Lenkmoment so gewählt wird, dass die Lenkgeschwindigkeit einen vorgegebenen Sollwert (Soll-Lenkgeschwindigkeit) annimmt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich dabei um einen semiautonomen Einparkassistenten bzw. eine Komponente eines semiautonomen Einparkassistenten handelt.
Die vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens äußern sich auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt.
Zeichnung
Die Zeichnung besteht aus den 1 bis 5.
1 zeigt die Abhängigkeit des Lenkwinkels von der Zeit für verschiedene Reibungskoeffizienten.
2 zeigt den schematischen Zusammenhang zwischen einem Reglerparameter und der Lenkgeschwindigkeit.
3 zeigt den Aufbau eines Lenkreglers mit der Funktion zur automatischen Anpassung der Lenkreglerparameter.
4 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
5 zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Ausführungsbeispiele
Der Lenkregler stellt einem Fahrerassistenzsystem, welches auf EPS zurückgreift, den vorgegebenen Lenkwinkel ein. Dabei beeinflusst die Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn (d. h. Haft-, Gleit- oder Rollreibung) sehr stark das Moment, welches notwendig ist, um den Lenkwinkel der Räder in einer vorgegebenen Zeit einzustellen. Die Reibung hängt dabei wesentlich

– von der Kombination Reifen/Fahrbahn (z. B. Sommer-/Winterreifen bei unterschiedlichen Temperaturen auftrockenem/nassem/vereistem Asphalt) und
– von der auf die Räder wirkenden Kraft (insbesondere den Radaufstandskräften), welche abhängig von der Fahrzeugbeladung und Ladungsverteilung ist

Die Abhängigkeit des in Ordinatenrichtung aufgetragenen Radlenkwinkels δ von der in Abszissenrichtung aufgetragenen Zeit t ist in 1 dargestellt. Als Einheiten sind dabei gewählt:
Abszissenrichtung: Sekunden
Ordinatenrichtung: Grad
101 kennzeichnet den zeitlichen Verlauf des Lenkmoments, zum Zeitpunkt t = 7 Sekunden wird sprungartig bzw. nahezu sprungartig ein Lenkmoment auf die Räder gegeben. 103 kennzeichnet den zeitlichen Verlauf des sich einstellenden Lenkwinkels bei einem unbeladenen Fahrzeug, 102 kennzeichnet den zeitlichen Verlauf des sich einstellenden Lenkwinkels bei demselben, jedoch zusätzlich mit 300 kg beladenen Fahrzeug. Deutlich ist der langsamere Anstieg des Lenkwinkels bei dem beladenen Fahrzeug zu erkennen, was durch die höheren Radlasten bedingt ist.
Würde man nun den Lenkregler für den beladenen Zustand und/oder große Reibung anpassen, dann würde dies bei einer kleineren Reibung zur Übersteuerung sowie Ruckbewegungen am Lenkrad führen.
Ein für den unladenen und/oder kleine Reibung angepasster Lenkregler wäre dagegen für große Reibungen zu langsam und könnte damit unter Umständen die Assistenzfunktion nicht mehr erfüllen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung findet eine Auswertung der Lenkgeschwindigkeit statt. Abhängig davon werden die Lenkreglerparameter angepasst. Bei einer zu kleinen Lenkgeschwindigkeit wird das Lenkmoment bzw. Zusatzmoment verstärkt, bis die Lenksollgeschwindigkeit erreicht ist und die Lenkabweichung für die Funktion minimiert wird. Analog wird bei einer zu großen Lenkgeschwindigkeit das Lenkmoment verringert.
Damit ist es möglich, den angestrebten Lenkwinkel in der vorgegebenen Zeit einzustellen, auch wenn die Reibung unbekannt ist. D. h. trotz unterschiedlicher Fahrzeugbeladung oder Reibwertpaarung zwischen Reifen und Straßenbelag kann immer die geforderte Lenkgeschwindigkeit und damit der Lenkwinkel erreicht werden.
Die Erfindung soll am Beispiel eines semiautonomen Einparkassistenten näher erläutert werden. Beim semiautonomen Einparkassistenten wird das Fahrzeug mit Hilfe von EPS automatisch gelenkt und semiautonom entlang einer Sollbahn in eine Parklücke eingeparkt. Der Fahrer muss jedoch das Fahrpedal und das Bremspedal zur jeweiligen Einstellung der Fahrgeschwindigkeit betätigen. Damit die Lenkung unabhängig von der Reibung den Soll-Lenkwinkel rechtzeitig einstellen kann, müssen die Lenkreglerparameter angepasst werden. Dazu werden die optimalen Reglerparameter für die beiden Extremfälle „minimale Reibung” und „maximale Reibung” ermittelt. Bei einer zu niedrigen Lenkgeschwindigkeit werden die Lenkparameter so gewählt, dass das Lenkmoment verstärkt wird. Analog wird bei einer zu großen Lenkgeschwindigkeit das Lenkmoment verringert. Ein möglicher Zusammenhang zwischen einem Reglerparameter und der Lenkgeschwindigkeit ist in 2 dargestellt. Dabei ist in Abszissenrichtung die Lenkgeschwindigkeit und in Ordinatenrichtung ein das Lenkmoment beeinflussender Reglerparameter dargestellt. Eine kleiner werdende Lenkgeschwindigkeit führt dabei zu einem Anwachsen des Reglerparameters. Dabei bedeutet ein Anwachsen des Reglerparameters zugleich ein Anwachsen des Lenkmoments, eine Verringerung des Wertes des Reglerparameters führt zu einer Verringerung des Lenkmoments.
Der Aufbau des Lenkreglers mit der integrierten Funktion zur automatischen Anpassung der Lenkreglerparameter ist in 3 dargestellt. In Block 300 wird dabei die Differenz zwischen dem Soll-Lenkwinkel δsoll und dem von dem Lenkregler an den Rädern eingestellten Ist-Lenkwinkel δist gebildet. Die in Block 300 ermittelte Lenkwinkelabweichung wird in dem Lenkregler 301 in ein Lenkmoment M umgerechnet. Block 301 kann insbesondere als PID-Regler ausgebildet sein. Dieses Lenkmoment wird zugleich als Eingangssignal einem Umrechnungsblock 302 zugeführt. Dieser errechnet aus M sowie der in einem Filterelement gefilterten Lenkgeschwindigkeit dδist einen Reglerparameter. Bei der Lenkgeschwindigkeit dδist handelt es sich dabei um die Änderung des Lenkwinkels pro Zeiteinheit. Der Reglerparameter R geht neben dem in Block 301 ermittelten Lenkmoment M in Block 303 ein. In diesem wird aus M und R ein korrigiertes Lenkmoment Mkorr ermittelt. Das korrigierte Lenkmoment ist so bemessen, dass damit die Lenkgeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert annimmt. Mkorr wird als Eingangsgröße der EPS-Lenkung 204 zugeführt, welche damit einen Ist-Lenkwinkel δist am Fahrzeug 306 realisiert. Sowohl der Ist-Lenkwinkel δist als auch die Ist-Lenkgeschwindigkeit dδist werden als Rückkoppelgrößen zurückgeführt. Damit wird sichergestellt, dass der Soll-Lenkwinkel δsoll mit einer vorgegebenen Lenkgeschwindigkeit eingestellt wird. Die Ist-Lenkgeschwindigkeit dδist kann dabei insbesondere über ein Filter 305 zurückgeführt werden.
Der Ablauf des Verfahrens zur Einstellung eines Lenkwinkels bei einem Kraftfahrzeug ist in 4 dargestellt. Nach dem Start in Block 400 wird in Block 401 der durch eine Lenkung einzustellende Soll-Lenkwinkel δsoll ermittelt. In Block 402 wird zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels δsoll auf die Lenkung ein fahrerunabhängiges Lenkmoment Mkorr aufgebracht. Dabei wird das fahrerunabhängige Lenkmoment Mkorr so gewählt, dass die Lenkgeschwindigkeit dδist einen vorgegebenen Sollwert dδsoll annimmt.
Der Aufbau der Vorrichtung zur Einstellung eines Lenkwinkels bei einem Kraftfahrzeug ist in 5 dargestellt. Dabei kennzeichnet Block 500 Sensoren, anhand derer Ausgangssignale in Block 501 ein Soll-Lenkwinkel δsoll ermittelt wird. Der Soll-Lenkwinkel wird an Block 502 übermittelt, welcher Ermittlungsmittel, in denen das fahrerunabhängige Lenkmoment Mkorr so gewählt wird, dass die Lenkgeschwindigkeit einen vorgegebenen Sollwert annimmt, beinhaltet. Block 503 kennzeichnet Aktormittel (z. B. als Elektromotor ausgebildet), mit denen zur Einstellung des Lenkwinkels auf die Lenkmittel 504 ein fahrerunabhängiges Lenkmoment Mkorr aufgebracht wird. Der an den Lenkmitteln eingestellte Ist-Lenkwinkel wird an Block 502 zurück übermittelt, da dieser dort auf den Soll-Lenkwinkel eingeregelt wird. Weiterhin wird in Block 502 die Lenkgeschwindigkeit ermittelt.

Claims

Verfahren zur Einstellung eines Lenkwinkels bei einem Kraftfahrzeug, – bei dem der durch eine Lenkung einzustellende Soll-Lenkwinkel (δsoll) ermittelt wird, – bei dem zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels (δsoll) auf die Lenkung ein fahrerunabhängiges Lenkmoment (Mkorr) aufgebracht wird und – bei dem das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) so gewählt wird, dass die Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) eine vorgegebene Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) annimmt, wobei in die Ermittlung des fahrerunabhängigen Lenkmoments (Mkorr) wenigstens – der Soll-Lenkwinkel (δsoll), – der vorliegende Ist-Lenkwinkel (δist), – die Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) und – die vorliegende Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) eingehen, dadurch gekennzeichnet, dass – ausgehend von dem einzustellenden Soll-Lenkwinkel (δsoll) ein unkorrigiertes Lenkmoment (M) ermittelt wird, – aus dem unkorrigierten Lenkmoment (M) wenigstens mittels der Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) und der Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) ermittelt wird, wobei – das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) größer als das unkorrigierte Lenkmoment (M) ist, wenn die Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) kleiner als die Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) ist und – das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) kleiner als das unkorrigierte Lenkmoment (M) ist, wenn die Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) größer als die Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Einstellung des Lenkwinkels durch eine Regelung erfolgt, – wobei in einer inneren Regelungsschleife des zugrunde liegenden Regelkreises die vorliegende Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) an die vorgegebene Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) angenähert wird und – wobei in einer äußeren Regelungsschleife des Regelkreises der vorliegende Ist-Lenkwinkel (δist) an den vorgegebenen Soll-Lenkwinkel (δsoll) angenähert wird.
Vorrichtung zur Einstellung eines Lenkwinkels bei einem Kraftfahrzeug, enthaltend – Lenkmittel (504) zur Einstellung eines Soll-Lenkwinkels (δsoll), – Aktormittel (503), mit denen zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels (δsoll) auf die Lenkmittel ein fahrerunabhängiges Lenkmoment (Mkorr) aufgebracht wird sowie Ermittlungsmittel (502), mit denen das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) so gewählt wird, dass die Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) eine vorgegebene Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) annimmt, wobei in die Ermittlung des fahrerunabhängigen Lenkmoments (Mkorr) wenigstens – der Soll-Lenkwinkel (δsoll), – der vorliegende Ist-Lenkwinkel (δist), – die Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) und – die vorliegende Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) eingehen, dadurch gekennzeichnet, dass – ausgehend von dem einzustellenden Soll-Lenkwinkel (δsoll) ein unkorrigiertes Lenkmoment (M) ermittelt wird – aus dem unkorrigierten Lenkmoment (M) wenigstens mittels der Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) und der Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) ermittelt wird, wobei – das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) größer als das unkorrigierte Lenkmoment (M) ist, wenn die Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) kleiner als die Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) ist und – das fahrerunabhängige Lenkmoment (Mkorr) kleiner als das unkorrigierte Lenkmoment (M) ist, wenn die Ist-Lenkgeschwindigkeit (dδist) größer als die Soll-Lenkgeschwindigkeit (dδsoll) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich dabei um einen semiautonomen Einparkassistenten handelt.