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Technisches Gebiet
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Servolenksystems eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, um ein derartiges Verfahren durchzuführen. Des weiteren betrifft die Erfindung ein elektronisches Servolenksystem eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Ein Lenksystem mit Überlagerungsmitteln ist aus der
DE 197 51 125 A1 bekannt. Dort wird die Bewegung (Zusatzwinkel bzw. Motorwinkel) eines Stellantriebs, d. h. eines Elektromotors mittels eines Überlagerungsgetriebes (beispielsweise ein Planetengetriebe) mit dem Lenkradwinkel überlagert. Mit Hilfe der Überlagerungsmittel ist es möglich, einen von der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkradwinkel zur Erhöhung der Fahrstabilität bzw. des Komforts mit einem Zusatzwinkel zu überlagern, so dass sich fahrdynamikabhängig bzw. komfortabhängig ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkradwinkel und mittlerem Radlenkwinkel der lenkbaren Räder des Kraftfahrzeugs einstellt. Dadurch ist es sicherheitstechnisch z. B. möglich, ein Kraftfahrzeug, welches auszubrechen droht, durch eine entsprechende Korrektur des Radlenkwinkels wieder in eine stabile Fahrsituation zurückzuführen. Die Überlagerungsmittel können andere Fahrdynamiksysteme (z. B. ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) oder ein Antiblockiersystem (ABS)) unterstützen. Komforttechnisch ist es auch möglich, einem Lenkradwinkel beispielsweise einen geschwindigkeitsabhängigen Zusatzwinkel zu überlagern. Dadurch kann bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ein relativ kleines Übersetzungsverhältnis eingestellt werden, d. h. eine relativ kleine Drehung der Lenkhandhabe führt zu einem relativ großen Lenkwinkel der Räder (gegenüber der mechanischen Grundübersetzung direkteres Übersetzungsverhältnis). Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann dagegen ein relativ großes Übersetzungsverhältnis (gegenüber der mechanischen Grundübersetzung indirekteres Übersetzungsverhältnis) eingestellt werden, damit sich die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs erhöht. Auch das erfindungsgemäße elektronische Servolenksystem weist Überlagerungsmittel auf.
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Es ist bekannt, bei Erreichen des Zahnstangenendanschlags die variable Lenkübersetzung zu deaktivieren. Dabei wird im Bereich des Zahnstangenendanschlags der Sollwinkel der Überlagerungseinheit bzw. der Überlagerungsmittel sozusagen eingefroren (Endanschlagabschaltung), um sowohl das akustische und haptische Verhalten der Lenkung zu optimieren, als auch den Leistungsbedarf zu senken. In der Regel ist die Abschalterkennung auf Positionsebene umgesetzt, d. h. der Sollwinkel der Endanschlagabschaltung wird unabhängig von etwaigen Dynamikeinflüssen berechnet. Hierdurch kommt es bei einem schnellen Lenken gegen den Anschlag durch die begrenzte Dynamik der Überlagerungseinheit und eventuell der Hydraulik zu dem nachteiligen Effekt, dass der Fahrer bereits weiter gelenkt hat als er mit einem optimalen System hätte lenken können, da der Stellantrieb seinem Sollwert nicht ausreichend schnell folgen kann. Die Stellerregelung fordert aufgrund der nun anstehenden Regeldifferenz ein hohes Moment bzw. eine hohe Leistungsaufnahme. Wenn der Fahrer dagegen hält, kann die Sollposition nicht eingeregelt werden. Sobald der Fahrer beginnt, zur Lenkungsmittellage zurück zu lenken wird der dann anstehende Sollwert eingeregelt, wodurch das Lenkgefühl für den Fahrer, d. h. der Komfort negativ beeinträchtigt wird. Zudem ist aus der gattungsbildenden
DE 197 13 576 A1 bekannt, in einem Bereich vor einem vorgegebenen Endanschlagsbereich der Zahnstange eine durch den Stellantrieb initiierte Bewegung zu begrenzen, um den Stellantrieb bei Erreichen eines Lenkanschlags sicher zum Stillstand zu bringen.
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Erläuterung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Ausgehend davon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Servolenksystems eines Kraftfahrzeugs, ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt und ein elektronisches Servolenksystem eines Kraftfahrzeugs der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche einen Betrieb des Servolenksystems derart ermöglichen, dass das Lenken, insbesondere in den Bereich des Endanschlags der Zahnstange, komforttechnisch weiter verbessert wird.
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Technische Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Die Aufgabe wird bezüglich des Computerprogramms durch Anspruch 6, bezüglich des Computerprogrammprodukts durch Anspruch 7 und bezüglich des elektronischen Servolenksystems durch Anspruch 8 gelöst.
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Dabei wird bei einem Lenken bzw. bei einer Lenkposition in einem ersten Bereich vor einem Endanschlagsbereich der Zahnstange des Lenkgetriebes der Gradient des Soll-Zusatzwinkels begrenzt sowie das variable Übersetzungsverhältnis bei einem Lenken bzw. bei einer Lenkposition in dem Endanschlagsbereich der Zahnstange des Lenkgetriebes deaktiviert. Somit wird bei einem Lenken gegen einen Bereich des Endanschlags der Zahnstange des Lenkgetriebes das variable Übersetzungsverhältnis ab einer vorgegebenen Position der Zahnstange deaktiviert (sogenannte Endanschlagabschaltung) und der Gradient des Soll-Zusatzwinkels bereits zuvor ab einem vorgegebenen ersten Bereich begrenzt. Durch diese Maßnahmen wird bei der Endanschlagsabschaltung die begrenzte Dynamik der Überlagerungsmittel berücksichtigt. Innerhalb der Nutzfunktion wird eine Gradientenbegrenzung des Soll-Zusatzwinkels implementiert. Als Maß für die Lenkposition bzw. die Position der Zahnstange kann hierbei der Eingangswinkel des Lenkgetriebes (d. h. der Ritzelwinkel) bzw. dessen Sollbetrag herangezogen werden.
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Zusätzlich kann der Endanschlagsbereich der Zahnstange des Lenkgetriebes, in welchem, wenn durch die Lenkposition erreicht, das variable Übersetzungsverhältnis deaktiviert wird und/oder der erste Bereich vor dem Endanschlagsbereich der Zahnstange des Lenkgetriebes, in welchem, wenn durch die Lenkposition erreicht, der Gradient des Soll-Zusatzwinkels begrenzt wird, variabel, insbesondere in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Eingangswinkels des Lenkgetriebes ausgebildet sein. Demzufolge kann die Dynamik bzw. die Geschwindigkeit mit welcher der Fahrer gegen den Endanschlag lenkt in die Berechnung der Bereiche bzw. Intervalle miteinbezogen werden. Durch diese Maßnahme ist es möglich diese Bereiche nur so groß wie unbedingt notwendig zu gestalten, um das variable Übersetzungsverhältnis so lang wie möglich bereitstellen zu können. Wird langsam gelenkt, können die Bereiche schmaler ausgelegt werden, da der Stellantrieb gegebenenfalls fast synchron mitläuft. Wird jedoch sehr schnell gelenkt, so sollten die Bereiche breiter ausgelegt werden, da dann das variable Übersetzungsverhältnis frühzeitig deaktiviert werden sollte.
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Das variable Übersetzungsverhältnis wird deaktiviert, wenn der von der Nutzfunktion ermittelte Sollbetrag des Eingangswinkels des Lenkgetriebes des elektronischen Servolenksystems im Endanschlagsbereich der Zahnstange des Lenkgetriebes liegt. Die Endanschlagabschaltung kann demnach aktiviert werden, sobald der innerhalb der Nutzfunktion berechnete Sollritzelwinkelbetrag im Bereich des Zahnstangenendanschlags liegt.
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Vorteilhaft ist, dass der Soll-Zusatzwinkel konstant gehalten wird, wenn das variable Übersetzungsverhältnis deaktiviert wird.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das variable Übersetzungsverhältnis reaktiviert wird, wenn aus dem Endanschlagsbereich der Zahnstange des Lenkgetriebes in Richtung der Lenkungsmittellage zurückgelenkt wird und der durch die Nutzfunktion berechnete Soll-Zusatzwinkel kleiner als der bei der Deaktivierung des variable Übersetzungsverhältnisses konstant gehaltene Soll-Zusatzwinkel ist. Die Endanschlagabschaltung wird demnach wieder deaktiviert, sobald der Fahrer beginnt, zur Lenkungsmittellage zurück zu lenken und der innerhalb der Funktion berechnete Sollwinkelbetrag kleiner als der bei der Aktivierung der Abschaltung eingefrorene Wert ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Servolenksystems eines Kraftfahrzeugs ist vorzugsweise als Computerprogramm auf einem Steuergerät des elektronischen Servolenksystems realisiert. Dazu ist das Computerprogramm in einem Speicherelement des Steuergeräts gespeichert. Durch Abarbeitung auf einem Mikroprozessor des Steuergeräts wird das Verfahren ausgeführt. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger (Diskette, CD, DVD, Festplatte, USB-Memorystick oder dergleichen) oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein und von dort aus in das Speicherelement des Steuergeräts übertragen werden. Ein derartiges Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln ist in Anspruch 6 bzw. Anspruch 7 angegeben.
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Anspruch 8 betrifft ein elektronisches Servolenksystem eines Kraftfahrzeugs.
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Nachfolgend ist anhand der Zeichnung prinzipmäßig ein Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben.
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Figurenliste
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Es zeigt:
- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Servolenksystems, welches von einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird;
- 2 ein vereinfachtes Schaubild eines Verlaufs eines Gradienten des Soll-Zusatzwinkels; und
- 3 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Nutzfunktion, welche ein variables Übersetzungsverhältnis innerhalb eines erfindungsgemäßen Verfahrens bereitstellt.
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Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
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1 zeigt ein elektronisches Servolenksystem 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Das elektrische Servolenksystem 1 weist eine als Lenkrad 2 ausgebildete Lenkhandhabe auf. Das Lenkrad 2 ist über eine Gelenkwelle bzw. Lenksäule 3 mit einem Lenkgetriebe 4 verbunden. Das Lenkgetriebe 4 dient dazu, einen Drehwinkel der Lenksäule 3 in einen Radlenkwinkel δFm von lenkbaren Rädern 5a, 5b des Kraftfahrzeugs umzusetzen. Das Lenkgetriebe 4 weist eine Zahnstange 6 und ein Ritzel 7 auf, an welches die Lenksäule 3 angreift. Das elektronische Servolenksystem 1 umfasst darüber hinaus Überlagerungsmittel 8, die einen als Elektromotor 9 ausgebildeten Stellantrieb bzw. Zusatzwinkelsteller und ein von diesem angetriebenes Überlagerungsgetriebe 10 aufweisen. Das Überlagerungsgetriebe 10 ist als Planetengetriebe ausgebildet. In weiteren Ausführungsbeispielen könnte das Überlagerungsgetriebe 10 auch als Wellgetriebe oder dergleichen ausgebildet sein. Durch das Lenkrad 2 wird ein Lenkradwinkel δS als Maß für einen gewünschten Radlenkwinkel δFm der lenkbaren Räder 5a, 5b des Kraftfahrzeugs vorgegeben. Mit Hilfe des Elektromotors 9 wird dann ein Überlagerungswinkel bzw. Zusatzwinkel δM generiert und durch das Überlagerungsgetriebe 10 mit dem Lenkradwinkel δS bzw. dem Drehwinkel der Lenksäule 3 überlagert. Der Zusatzwinkel δM wird grundsätzlich zur Realisierung von ein oder mehreren Nutzfunktionen, insbesondere zur Verbesserung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs bzw. des Komforts, insbesondere durch Bereitstellung einer variablen Lenkübersetzung bzw. einem variablen Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkradwinkel δS und Radlenkwinkel δFm der lenkbaren Räder 5a, 5b, erzeugt. Die Summe aus Lenkradwinkel δS und Zusatzwinkel δM ergibt den Eingangswinkel des Lenkgetriebes 4 bzw. im vorliegenden Ausführungsbeispiel den Ritzelwinkel δG .
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Die Überlagerungsmittel 8 weisen ein elektronisches Steuergerät 11 auf, welches unter anderem der Regelung des Zusatzwinkels δM und des abgegebenen Moments des Elektromotors 9 dient. Auf dem elektronischen Steuergerät 11 läuft dazu ein Regelungsverfahren ab, welches als Regelungsstruktur bzw. als Computerprogramm auf einem nicht dargestellten Mikroprozessor des Steuergeräts 11 ausgeführt ist. Der Elektromotor 9 wird mit einem elektrischen Ansteuersignal δMd , welches dem Sollwert des von dem Elektromotor 9 zu erzeugenden Zusatzwinkels δM , also dem Soll-Zusatzwinkel entspricht, angesteuert. Der Soll-Zusatzwinkel δMd ergibt sich dabei in der Regel durch eine Summierung von Teilsoll-Zusatzwinkeln unterschiedlicher Nutzfunktionen (z. B. der variablen Lenkübersetzung) des elektronischen Servolenksystems 1. Der Einfachheit halber wird nachfolgend jedoch der Soll-Zusatzwinkel δMd mit dem Teilsoll-Zusatzwinkel der variablen Lenkübersetzung gleichgesetzt. Die Ansteuerung bzw. Regelung des Elektromotors 9 erfolgt dabei üblicherweise in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, d. h. das durch eine Nutzfunktion bereitgestellte variable Übersetzungsverhältnis zwischen dem Lenkradwinkel δS und dem Ritzelwinkel δG bzw. dem Radlenkwinkel δFm der Räder 5a, 5b wird durch die Überlagerung des Lenkradwinkels δS mit verschiedenen, geschwindigkeitsabhängigen Zusatzwinkeln δM in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt. Damit die vorstehend angeführten Steuerungs- bzw. Regelungsfunktionen ausgeführt werden können, erhält das Steuergerät 11 unter anderem die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit vx (z. B. über den CAN-Bus des Kraftfahrzeugs) und den Lenkradwinkel δS als Eingangssignale. Das elektronische Servolenksystem 1 kann in weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen den Überlagerungsmitteln 8 nachgeordnet auch einen elektrischen oder hydraulischen Servoantrieb aufweisen, welcher unter anderem der variablen Momentenunterstützung dient.
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Erfindungsgemäß wird das elektronische Servolenksystem 1 nun mittels eines Verfahrens betrieben, bei welchem mittels der Lenkhandhabe 2 der Lenkradwinkel δS als Maß für einen gewünschten Radlenkwinkel δFm für die lenkbare Räder 5a, 5b des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird, bei welchem eine Nutzfunktion VSR ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen dem Lenkradwinkel δS und dem Radlenkwinkel δFm bereitstellt, indem ein Zusatzwinkel δM mittels des berechneten einzuregelnden Soll-Zusatzwinkels δMd generiert und der Eingangswinkel δG des Lenkgetriebes 4 des elektronischen Servolenksystems 1 aus einer Überlagerung des Lenkradwinkels δS mit dem Zusatzwinkel δM erzeugt wird, wobei der Eingangswinkel δG des Lenkgetriebes 4 in den Radlenkwinkel δFm für die lenkbaren Räder 5a, 5b des Kraftfahrzeugs umgesetzt wird, wobei bei einer Lenkposition in einem ersten Bereich B1 (siehe 2) vor einem vorgegebenen Endanschlagsbereich BE der Zahnstange 6 des Lenkgetriebes 4 der Gradient δ̇̇Md des Soll-Zusatzwinkels begrenzt wird, und wobei das variable Übersetzungsverhältnis bei einer Lenkposition in dem Endanschlagsbereich BE der Zahnstange 6 des Lenkgetriebes 4 deaktiviert, d. h. der Soll-Zusatzwinkel δMd konstant gehalten wird, wonach der Gradient δ̇Md bzw. die Änderungsgeschwindigkeit des Soll-Zusatzwinkels, wie aus 2 ersichtlich, gleich Null ist. Als Maß für die Lenkposition bzw. die Position der Zahnstange 6 wird hierbei der Eingangswinkel δG des Lenkgetriebes 4 bzw. dessen Sollbetrag herangezogen. In 2 ist der Verlauf des Gradienten δ̇̇Md des Soll-Zusatzwinkels betragsmäßig, d. h. für eine Lenkrichtung, in einem stark vereinfachten Schaubild bei einer Annäherung an den Endanschlag E dargestellt. Auf der vertikalen Achse ist dabei der Gradient δ̇̇Md des Soll-Zusatzwinkels und auf der horizontalen Achse der Eingangswinkel δG des Lenkgetriebes 4 aufgetragen.
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In weiteren Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass der Endanschlagsbereich BE der Zahnstange 6 des Lenkgetriebes 4 variabel, insbesondere in Abhängigkeit der momentanen Geschwindigkeit des Eingangswinkels δG des Lenkgetriebes 4, ausgebildet ist. Der erste Bereich B1 vor dem vorgegebenen Endanschlagsbereich BE der Zahnstange 6 des Lenkgetriebes 4 kann ebenfalls variabel, insbesondere in Abhängigkeit der momentanen Geschwindigkeit des Eingangswinkels δG des Lenkgetriebes 4, ausgebildet sein.
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Das variable Übersetzungsverhältnis wird reaktiviert, wenn aus dem Endanschlagsbereich BE der Zahnstange 6 des Lenkgetriebes 4 in Richtung der Lenkungsmittellage - entsprechend in 2 in Richtung des Ursprungs 0 - zurückgelenkt wird, d. h. der Sollwert des Eingangswinkels δG des Lenkgetriebes 4 somit nicht mehr im Endanschlagsbereich BE liegt und der durch die Nutzfunktion berechnete Soll-Zusatzwinkel δMd betragsmäßig kleiner als der bei der Deaktivierung des variablen Übersetzungsverhältnisses konstant gehaltene bzw. eingefrorene Soll-Zusatzwinkel δMd ist.
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Die Nutzfunktion VSR, welche das variable Übersetzungsverhältnis innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitstellt, wird nachfolgend anhand des in 3 ausschnittsweise dargestellten vereinfachten Blockdiagramms verdeutlicht. Wie aus 3 weiter ersichtlich, erhält die Nutzfunktion VSR in einem Funktionsblock 12a die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit vx und den Lenkradwinkel δS als Eingangssignale und errechnet daraus als Ausgangssignal den Soll-Zusatzwinkel δMd . Ein Funktionsblock 12b, welcher die Endanschlagsabschaltung bzw. -behandlung realisiert, erhält als Eingangssignale den Soll-Zusatzwinkel δMd von dem Funktionsblock 12a und den Ritzelwinkel bzw. den Eingangswinkel δG des Lenkgetriebes 4 und liefert als Ausgangssignal den Soll-Zusatzwinkel δMd an den Elektromotor 9. Das variable Übersetzungsverhältnis wird deaktiviert, d. h. die Endanschlagsabschaltung aktiviert, wenn ein von der Nutzfunktion VSR ermittelter Sollbetrag des Eingangswinkels δG des Lenkgetriebes 4 im Endanschlagsbereich BE der Zahnstange 6 des Lenkgetriebes 4 liegt. Dann wird der Soll-Zusatzwinkel δMd konstant gehalten bzw. der im letzten Abtastschritt ermittelte Soll-Zusatzwinkel δMd eingefroren (durch die Verbindung 13 des Ausgangssignals des Funktionsblocks 12b auf dessen Eingang angedeutet). Bei einer Lenkposition bzw. einem Eingangswinkel δG des Lenkgetriebes 4 in einem ersten Bereich B1 (siehe 2) vor einem vorgegebenen Endanschlagsbereich BE der Zahnstange 6 des Lenkgetriebes 4 wird der Gradient δ̇Md des Soll-Zusatzwinkels durch den Funktionsblock 12b begrenzt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb des elektronischen Servolenksystems 1 ist als Computerprogramm auf dem Steuergerät 11 realisiert, wobei auch andere Lösungen selbstverständlich in Frage kommen. Dazu ist das Computerprogramm in einem Speicherelement des Steuergeräts 11 gespeichert. Durch Abarbeitung auf einem Mikroprozessor des Steuergeräts 11 wird das Verfahren ausgeführt. Das Computerprogramm kann auf einem nicht dargestellten computerlesbaren Datenträger (Diskette, CD, DVD, Festplatte, USB-Memorystick oder dergleichen) oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein und von dort aus in das Speicherelement des Steuergeräts 11 übertragen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Überlagerungslenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Gelenkwelle / Lenksäule
- 4
- Lenkgetriebe
- 5a, 5b
- lenkbare Räder
- 6
- Zahnstange
- 7
- Ritzel
- 8
- Überlagerungsmittel
- 9
- Zusatzwinkelsteller / Elektromotor
- 10
- Überlagerungsgetriebe
- 11
- elektronisches Steuergerät der Überlagerungsmittel
- 12a, 12b
- Funktionsblöcke
- 13
- Pfeil
- δFm
- Radlenkwinkel bzw. Lenkwinkel
- δG
- Ritzelwinkel.
- δS
- Lenkradwinkel
- vx
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- δM
- Zusatzwinkel
- δMd
- Sollwert des Zusatzwinkels
- δ̇Md
- Gradient des Sollwerts des Zusatzwinkels
- VSR
- Nutzfunktion variable Lenkübersetzung
