DE102005034936A1

DE102005034936A1 - Verfahren zur Lenkungsregelung in einem Lenksystem

Info

Publication number: DE102005034936A1
Application number: DE200510034936
Authority: DE
Inventors: Karl-Ernst Dr. Neitzel; Robert Dipl.-Ing. Kornhaas; Gerald Dr. Karch
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2007-02-08

Abstract

Bei einem Verfahren zur Lenkungsregelung in einem Lenksystem wird vorgeschlagen, Aspekte eines Fahrstils eines Fahrzeugführers anhand Parameter oder Größen zu ermitteln, welche die Bewegung eines Kraftfahrzeugs beeinflussen und/oder beschreiben und nach Maßgabe der ermittelten Aspekte des Fahrstils einen Zusatz-Lenkwinkel oder ein Zusatz-Lenkmoment zur Erzeugung eines sich adaptiv anpassenden Lenkgefühls zu beeinflussen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lenkungsregelung in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein von einem Fahrer an einer Lenkhandhabe aufgebrachtes Moment und ein Zusatz-Lenkmoment mittels eines hydraulischen oder elektrischen Aktuators additiv überlagert oder ein durch den Fahrer aufgebrachter Lenkwinkel durch ein Zusatz-Lenkwinkel additiv überlagert werden kann.

Aus dem Stand der Technik sind Lenksysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, welche in der Lage sind, ein zusätzliches Moment in Abhängigkeit eines von einem Fahrer mittels einer Lenkhandhabe eingeleiteten Handmoments, unter Verwendung eines elektrischen oder hydraulischen Aktuators, zur zusätzlichen Beeinflussung der Winkelstellung von gelenkten Rädern aufzubringen. Eine Unterstützungskennlinie beschreibt dabei die vom System aufgebrachte zusätzliche Lenkunterstützung – im Wesentlichen das Zusatz-Lenkmoment – in Abhängigkeit des Handmoments. Ferner sind Lenksysteme bekannt, mit denen es möglich ist, einen zusätzlichen und frei wählbaren Lenkwinkel bereit zu stellen. Diese Kategorie von Lenksystemen bezeichnet man im Allgemeinen als Überlagerungslenkung. Lenkungen dieser Art haben zur Aufgabe, einen durch den Fahrer an der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel einen Zusatz-Lenkwinkel additiv zu überlagern um damit einen besonderen Fahrkomfort oder fahrdynamische Funktionen zu realisieren. Die Abbildung dieses Verhaltens erfolgt beispielsweise in Form einer so genannten Lenkübersetzungskennlinie. Sie zeigt das Verhältnis der Eingangs-Winkeldifferenz einer Lenkraddrehung zu der Ausgangs-Winkeldifferenz der gelenkten Räder, welche sich dabei unter Zustellung eines Zusatz-Lenkwinkels an den gelenkten Rädern ergibt. Moderne Lenksysteme verfügen zudem über eine elektronische Steuer/Regelungseinheit mit einer digitalen Rechnereinheit zur Lenkregelung des Zusatz-Lenkmoments oder des Zusatz-Lenkwinkels.

Aus dem in der DE 103 23 844 A1 offenbarten Verfahren zur Lenkungsregelung geht hervor, dass ein Zusatz-Lenkmoment nach Maßgabe des ermittelten Fahrerlenkverhaltens oder nach Maßgabe einer Änderung des Fahrerlenkverhaltens automatisch aufgebracht wird, wobei die Ermittlung des Fahrerlenkverhaltens eine Lenkreaktion des Fahrers auf eine dynamische Fahrsituation, welche zu einer Instabilität des Fahrzeugs führen kann, berücksichtigt. Insbesondere erfolgt dabei die Bewertung der „Richtigkeit" einer Lenkreaktion auf ein aufgebrachtes Zusatz-Lenkmoment hinsichtlich einer stabilisierenden oder destabilisierenden Auswirkung auf das Fahrzeug.

Die DE 103 23 846 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem die Lenkübersetzung einer Überlagerungslenkung nach Maßgabe einer Änderung des Fahrlenkverhaltens automatisch verändert wird. Die Erkennung des Lenkverhaltens von Fahrern, die sich noch nicht auf eine vorliegende Fahrzeuglenkung eingestellt haben, erfolgt dabei aufgrund einer Analyse von oszillatorischen Lenkbewegungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung eines Zusatz-Lenkmoments und/oder eines Zusatz-Lenkwinkel in einem Lenksystems eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen welches in der Lage ist, Aspekte eines Fahrstils eines Fahrzeugführers zu erkennen und nach Maßgabe dieser Aspekte ein adaptives, sich anpassendes Lenkgefühl zu vermitteln.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches als auch mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich jeweils in den entsprechenden Unteransprüchen.

Die Erfindung sieht vor:
Ein Verfahren zur Lenkungsregelung in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs zur additiven Überlagerung eines Zusatz-Lenkmoments oder eines Zusatz-Lenkwinkels nach Maßgabe eines individuellen Fahrstils eines Fahrzeugführers, wobei der Fahrstil des Fahrzeugführers in Abhängigkeit wenigstens eines vom Fahrzeugführer abhängigen, die Bewegung des Kraftfahrzeugs direkt oder indirekt beeinflussenden Parameters ermittelt wird.

Die Erfindung sieht darüber hinaus vor:
Ein Verfahren zur Lenkungsregelung in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs zur additiven Überlagerung eines Zusatz-Lenkmoments oder eines Zusatz-Lenkwinkels nach Maßgabe des individuellen Fahrstils eines Fahrzeugführers, wobei der Fahrstil des Fahrzeugführers in Abhängigkeit wenigstens einer Größe, geeignet zur Beschreibung der Bewegung des Kraftfahrzeugs, ermittelt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Unteransprüchen.

Durch die Verwendung einer Größe oder eines Parameters, welcher die Fahrbewegung beeinflusst bzw. beschreibt, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine einfache und aussagekräftige Basis für die Beurteilung verschiedener Aspekte des Fahrstils. Parameter, die direkt oder indirekt Einfluss auf die Bewegung des Fahrzeugs haben, ermöglichen eine von fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs entkoppelte Betrachtungsweise der Bewegung des Kraftfahrzeugs.

Die zweite erfindungsgemäße Lösung sieht die Verwendung wenigstens einer Größe vor, welche den Fahrstil durch eine auswirkungsbezogene Betrachtungsweise erlaubt, wobei dieses Verfahren fahrdynamische Eigenschaften des jeweiligen Fahrzeugs naturgemäß beinhaltet.

1 zeigt exemplarisch eine statistische Auswertung einer fahrdynamischen Größe am Beispiel der relativen Häufigkeitsverteilung einer Querbeschleunigung.
2 zeigt eine schematische Veränderung einer Unterstützungskennlinie eines Lenksystems.
3 zeigt eine schematische Veränderung einer Übersetzungskennlinie eines Lenksystems in Abhängigkeit eines ermittelten Fahrstils.
Ausführungsbeispiel
Sportliche Fahrer unterscheiden sich von Fahrern, welche besonderen Wert auf Fahrkomfort legen, beispielsweise durch die auf sie wirkenden Beschleunigungskräfte, die sie aufgrund ihres Fahrstils hervorrufen bzw. zulassen. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, fahrdynamische Größen zur Kennzeichnung des Fahrstils zu verwenden, wobei diese fahrdynamischen Größen der Gruppe der die Bewegung eines Fahrzeugs beschreibenden Größen zuzuordnen ist. Insbesondere physikalische Größen können hierzu verwendet werden, wie z.B. eine Information über die momentane Längs- oder Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs. Verwendet man Ableitungen dieser Größen, so erhält man Werte, die zur Beschreibung von auf den Fahrer wirkenden Beschleunigungskräften geeignet sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht deshalb vor, die zeitlichen Ableitungen der Längs- und/oder Quergeschwindigkeiten zu verwenden. Als besonders vorteilhaft wird erachtet, die Information über die Querbeschleunigung zu verwenden, welche besonders dafür geeignet ist, das Lenkverhalten des Fahrers zu charakterisieren. Es kann aber auch eine Information über eine Längsbeschleunigung verwendet werden, welche besonders dafür geeignet ist, das Verhalten bzgl. Brems- und Beschleunigungsvorgänge zu charakterisieren. Als Quelle dieser Information können entsprechende Signale aus Beschleunigungs- oder Raddrehzahlsensoren verwendet werden.
Eine weitere Ausprägung der Erfindung sieht vor, Koordinaten- Informationen aus einem Navigationssystem zu verwenden, welche ebenso der Gruppe der die Fahrzeugbewegung beschreibenden Größen zuzuordnen ist. So lässt sich beispielsweise feststellen, wo sich das Fahrzeug gerade befindet und wie, d.h. mit welchem Fahrstil, der Fahrer diese Strecke oder das charakteristische Gebiet durchfährt, in dem er sich gerade befindet, beispielsweise eine sehr kurvenreiche Straße in den Alpen. Zukünftige Navigationssysteme, welche in der Lage sind, Informationen für eine hinreichend genaue und ausreichend schnell berechenbare Positionsangaben zur Verfügung zu stellen, können dazu verwendet werden, fahrzeugdynamische Größen zu bestimmen, beispielsweise die Längs- und Quergeschwindigkeit bzw. deren zeitliche Ableitungen.
Darüber hinaus provozieren sportliche Fahrer im Vergleich zu konservativen Fahrern öfters Gangwechsel-Vorgänge in einem automatischen Schaltgetriebe oder nehmen diese selbsttätig an einem manuellen Schaltgetriebe vor.
Ein alternatives Verfahren sieht deshalb vor, zur Erkennung des Fahrstils unter Verwendung der Anzahl von automatisch oder manuell eingeleiteten Gangwechsel-Vorgängen in einer Getriebeeinheit des Kraftfahrzeugs vorzunehmen. Setzt man die Anzahl der manuell oder automatisch ausgelösten Schaltvorgänge in einer Getriebeeinheit in zeitlichen Bezug zueinander oder erfolgt eine zeitliche Bewertung des Verlaufs einer zusammengehörenden Schaltsequenz, beispielsweise durch eine Analyse der Zeitabstände während einer Beschleunigungsphase zwischen dem Einlegen des erster Gangs bis zum Einlegen des n-ten Gangs, wobei n der Maximalwert der möglichen Ganganzahl entspricht, so kann damit ebenfalls ein Rückschluss auf den Fahrstil des Fahrers gezogen werden.
Denkbar ist auch die Verwendung von Informationen aus einer Brems-, Lenk- oder Motoreinrichtung des Kraftfahrzeugs, wobei diese Informationen aus der Einrichtung selbst oder aus einer Steuereinheit zu Steuerung der Einrichtung stammen können. Diese Parameter können aber auch aus einem Steuersystemverbund, beispielsweise einem ESP-System zur Koordination/Steuerung einzelnen Steuereinheiten, stammen.
Als besonders vorteilhaft wird erachtet, die Charakterisierung des Fahrstils anhand einer statistischen Auswertung/Bewertung der die Bewegung des Kraftfahrzeugs beeinflussenden Parameter oder anhand der, die Bewegung des Kraftfahrzeugs beschreibenden Größen vorzunehmen. Dabei kann die Bestimmung des Zusatz-Moments oder des Zusatz-Lenkwinkels anhand einer Mittelung und/oder Gewichtung von Ergebnissen aus der statistischen Auswertung/Bewertung vorgenommen werden.
1 zeigt exemplarisch eine mögliche statistische Auswertung einer fahrdynamischen Größe am Beispiel der Querbeschleunigung a_y. Dargestellt ist die Häufigkeitsverteilung h_rel, der durch eine Messung ermittelten Werte für die Querbeschleunigung beim Durchfahren derselben Referenzmesstrecke mit zwei unterschiedlichen Fahren, wobei ein Fahrer einen eher als komfortabel oder moderat bezeichneten Fahrstil und der andere Fahrer über einen eher als sportlich bezeichneten Fahrstil aufweist. Daran ist zum einen zu erkennen, dass der sportliche Fahrer im Vergleich zum komfortabel lenkenden Fahrer deutlich höhere Querbeschleunigungskräfte zulässt bzw. provoziert, und zum anderen lässt sich erkennen, dass der komfortabel lenkende Fahrer deutlich häufiger zu niedrigeren Querbeschleunigungen neigt als der sportliche Fahrer.
In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung der Erfindung wird vorgeschlagen, eine oder mehrere die Bewegung des Fahrzeugs beschreibenden Größen oder einen oder mehrere die Bewegung eines Kraftfahrzeugs beeinflussende Parameter oder ein Ergebnis der statistischen Auswertung des Parameters oder der Größen in einem Fuzzifizierungs-Schritt zur Bildung eines Zugehörigkeitsgrades einer Fuzzy-Menge zu verwenden. Mittels eines nachfolgenden Inferenz-Schrittes auf Basis linguistischer Terme und eines Defuzzifizierungs-Schritts zur Umwandlung in einen konkreten Wert zur Beeinflussung des Lenksystems kann somit ein Anteil zur Beeinflussung des Zusatz-Lenkmoments oder des Zusatz-Lenkwinkels bestimmt werden.
Denkbar sind natürlich auch Kombinationen der geschilderten Ausführungsvarianten, die sich im Rahmen einer ingenieurmäßigen Tätigkeit bewegen.
Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit das Fahrerverhalten identifiziert und nach Maßgabe des Fahrstils eine Lenkungsregelung des Lenksystems derart beeinflusst, dass sich daraus ein adaptives, an den jeweiligen Fahrstil angepasstes Lenkverhalten des Fahrzeugs für den Fahrer ergibt. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, die Lenkregelung des Lenksystems nach Maßgabe des Fahrstils derart zu beeinflussen, dass sich dem Fahrer ein Gefühl einer verstärkt direkten oder verstärkt indirekten Lenkung ergibt, wobei das direktere Verhalten vom als sportlich bezeichneten Fahrer erwünscht ist und das indirektere Verhalten vom komfortabel lenkenden oder moderaten Fahrer erwünscht ist.
Im Falle einer Überlagerungslenkung, bei der ein Zusatz-Lenkwinkel zugestellt werden kann, wünscht sich der sportliche Fahrer ein verstärktes, betont direktes Lenkverhalten des Lenksystems. Dies wird dadurch erreicht, dass der Betrag des Zusatz-Lenkwinkels erhöht wird. Effektiv wird dadurch das Lenkübersetzungsverhältnis i reduziert. Der normale oder komfortabel lenkende Fahrer wünscht sich hingegen ein verstärktes, betont indirektes Lenkverhalten: Der Betrag des Zusatz-Lenkwinkels wird reduziert, was gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Lenkübersetzungsverhältnisses i ist. Der Zusatz-Lenkwinkel ist dabei in erster Linie eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit wird das Lenkübersetzungsverhältnis i erhöht, um das Fahrzeug sicher handhaben zu können. Bei Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit v wird das Lenkübersetzungsverhältnis i reduziert.
3 zeigt ein geschwindigkeitsabhängiges Lenkübersetzungsverhältnis i mit einem intrinsischen Lenkübersetzungsverhältnis i_M, welches das Lenkübersetzungsverhältnis ist, bei dem kein Zusatz-Lenkwinkel gestellt wird.
Im Falle einer herkömmlichen Servolenkung, bei der die Einleitung eines Zusatz-Lenkmoments zur Unterstützung eines Handmoments erfolgt, wird zur Erzielung eines direkten Lenkverhaltens das aufgebrachte Zusatz-Lenkmoment reduziert, was im Wesentlichen eine Erhöhung des erforderlichen Handmoments bei gleichzeitiger Verstärkung der Fahrbahnrückmeldung an den Fahrer zur Folge hat. Vorzugsweise kann dabei die Einleitung des Zusatz-Lenkmoments in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen. Effektiv ist dies mit einer veränderten Unterstützungskennlinie gleichzusetzen.
2 zeigt ein Lenkunterstützungsmoment M_L in Abhängigkeit des Handmoments M_H. Durch die Reduzierung oder Erhöhung des Zusatz-Lenkmoments kann ein verstärktes, betont sportliches oder betont komfortables Lenkgefühl vermittelt werden.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es als weniger wesentlich angesehen wird, ob die Unterstützungs- oder Lenkübersetzungskennlinien unmittelbar selbst verändert werden oder ob eine Veränderung der Kennlinien durch Maßnahmen erreicht, welche mittelbar zur Erzielung des gewünschten Effekts führen. Die Anpassung kann in beiden Fällen kontinuierlich und langsam erfolgen, um den Fahrer nicht zu irritieren oder zu verunsichern.
Als weitere Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, die erkannten Fahrstile personalisiert abzuspeichern und abzurufen. So kann es vorgesehen sein, die Abrufung eines gespeicherten Fahrstils mittels einer automatischen Fahrer- Erkennung zu verknüpfen oder mittels einer geeigneten Mensch-Maschinen-Schnittstelle auswählbar zu gestalten. Ferner kann vorgesehen werden, durch den Hersteller vorgegebene Fahrstile vorab oder während der Fahrt auszuwählen oder ggf. zwischen diesen umzuschalten. Auch hier kann der Wechsel zwischen den Fahrstilen fliegend und langsam erfolgen.

Claims

Verfahren zur Lenkungsregelung in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs zur additiven Überlagerung eines Zusatz-Lenkmoments oder eines Zusatz-Lenkwinkels nach Maßgabe des individuellen Fahrstils eines Fahrzeugführers, wobei der Fahrstil des Fahrzeugführers in Abhängigkeit wenigstens eines vom Fahrzeugführer abhängigen, die Bewegung des Kraftfahrzeugs beeinflussenden Parameters ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter eine Information aus einer automatischen oder manuell schaltbaren Getriebeeinheit oder einer Einheit zur Steuerung der Getriebeeinheit ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Information eine in zeitlichem Bezug stehende Anzahl von Gangwechselvorgängen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter eine Information aus einer Brems-, Lenk-, oder Motoreinrichtung oder aus einer Einheit zur Steuerung einer dieser Einrichtungen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der Parameter eine Information aus einer Einheit zur Steuerung eines Steuersystemverbundes ist.
Verfahren zur Lenkungsregelung in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs zur additiven Überlagerung eines Zusatz-Lenkmoments oder eines Zusatz-Lenkwinkels nach Maßgabe des individuellen Fahrstils eines Fahrzeugführers, wobei der Fahrstil des Fahrzeugführers in Abhängigkeit wenigstens einer Größe, geeignet zur Beschreibung der Bewegung des Kraftfahrzeugs, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe eine physikalische Größe zur Kennzeichnung der momentanen fahrdynamischen Situation des Kraftfahrzeugs ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalische Größe eine Längsgeschwindigkeit und/oder Quergeschwindigkeit oder eine zeitliche Ableitung dieser Größen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe eine Information aus einem satellitengestützten Navigationssystem ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Information eine charakteristische Orts- oder Gebietsinformation eines mit dem Navigationssystem in Verbindung stehenden Karten-Systems verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in zeitlichen Bezug zueinander stehende Differenzwerte von Koordinaten-Informationen, geeignet zur Beschreibung von Positionsränderungen, zur Ermittlung der fahrdynamischen Größen verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Größe und/oder wenigstens ein Parameter einer statischen Bewertung insbesondere einer Häufigkeitsverteilungs-Bewertung unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Zusatz-Lenkwinkels oder des Zusatz-Lenkmoments anhand einer Mittelung und/oder Gewichtung der Ergebnisse der statistischen Bewertung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Größe oder wenigstens ein Parameter und/oder wenigstens ein Ergebnis einer statistischen Bewertung für die Bildung eines Grades der Zugehörigkeit wenigstens einer Fuzzy-Menge verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Zusatz-Lenkwinkels und/oder des Zusatz-Lenkmoments in einem Defuzzifizierungs-Schritt unter Anwendung linguistischer Terme vorgenommen wird wobei die Terme aus einem Satz Regeln bestehen, welche Inferenz-Schritte zur Bildung des Zusatz-Lenkwinkels und/oder des Zusatz-Lenkmoments beinhalten.
Verfahren nach wenigstens zwei der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahren in Kombination ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Maßgabe des Fahrstils das Zusatz-Lenkmoment variierbar ist, wobei im Wesentlichen eine direkte oder indirekte Veränderung einer Unterstützungskennlinie erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Maßgabe des Fahrstils der Zusatz-Lenkwinkel variierbar ist wobei im Wesentlichen eine direkte oder indirekte Veränderung einer Übersetzungskennlinie erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen über einen dem jeweilige Fahrer zugeordneten Fahrstils abgespeichert werden und manuell oder automatisch, bei Erkennen des Fahrers, ausgewählt werden oder aus einer Sammlung vorgegebener Fahrstile auswählbar sind.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln um ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer insbesondere auf einem Steuergerät des Lenksystems ausgeführt wird.
Computersystem, insbesondere Steuergerät zur Ausführung eines Computerprogramms gemäß Anspruch 20