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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrisch
gesteuerten Unterstützen
einer Fahrzeugbewegung eines Fahrzeugs.
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Solche
Verfahren und Vorrichtungen sind allgemein bekannt und in modernen
Kraftfahrzeugen weit verbreitet. Ein fahrunterstützendes System in einem Kraftfahrzeug
ist beispielsweise ein so genanntes elektronisches Stabilitätsmanagementsystem,
ESP, etc. Dabei können üblicherweise
Bremsen und Motor des Kraftfahrzeugs in geeigneter Weise angesteuert
werden, um das Kraftfahrzeug in einem stabilen Fahrzustand zu halten
oder um es aus einem instabilen Fahrzustand in einen stabilen Fahrzustand
zu bringen. Dem fahrunterstützenden
System werden von verschiedenen Sensoren ermittelte Zustände des
Kraftfahrzeugs und/oder seiner Fahrbewegung als Eingangsgrößen zugeführt. Aus
diesen Eingangsgrößen werden
Ausgangsgrößen zum
Ansteuern von Aktoren ermittelt, mit denen sicherheitsbedingt in
die Fahrbewegung des Kraftfahrzeugs eingegriffen werden kann. Dem
fahrunterstützenden
System werden üblicherweise
zu erreichende Zielwerte für
die Kenngrößen der
Fahrbewegung vorgegeben. Das Einhalten dieser Zielwerte gewährleistet
das stabile Fahren des Kraftfahrzeugs. Wichtig ist dabei, diese
Zielwerte richtig und exakt vorzugeben, damit das fahrunterstützende System
das stabile Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs sicher, schnell und
zuverlässig
einstellen kann.
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Eine
unerwünschte
Fahrbewegung ist zum Beispiel das Übersteuern des Kraftfahrzeugs.
Ein Übersteuern
eines Fahrzeugs wird definiert, wenn der Schräglaufwinkel der Hinterräder des
Fahrzeugs größer ist als
der Schräglaufwinkel
der Vorderräder.
Das bedeutet, daß das
Heck des Fahrzeugs ausbricht, also in einer Kurve nach außen schleudert.
Der Begriff wird auch verwendet, um das Eigenlenkverhalten von Fahrzeugen zu
charakterisieren. Das gegenteilige Verhalten wird als Untersteuern
bezeichnet.
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Die
Eigentendenz eines Fahrzeugs, „mehr
Kurve" fahren zu
wollen als am Lenkrad eingesteuert, gilt prinzipiell als weniger
sicher im Vergleich zum Untersteuern.
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Wenn
ein Fahrzeug übersteuert
bzw. zu übersteuern
beginnt, kann das Fahrzeug z. B. mittels eines entsprechenden Lenkeingriffs
des Fahrers, beispielsweise indem der Fahrer gegenlenkt, stabilisiert
werden. Das beispielhafte Gegenlenken erfordert jedoch eine gewisse Übung, so
daß bei
einem nicht entsprechenden Gegenlenken durch ungeübte Fahrer
sogar Unfälle
teilweise mit erheblichen Personenschäden ausgelöst werden können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung
der Eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem ein
sicheres Stabilisieren des Fahrzeugs bei einem Übersteuern bzw. bei einem beginnenden Übersteuern
erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird der
verfahrenstechnische Teil der Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Sollgierdämpfungsmoment
ermittelt wird, das mit einem Übersteuersignal
multipliziert wird, so daß ein
zusätzliches Moment
bzw. Momentensignal erzeugt wird, welches über einen Aktuator einer Servolenkung
auf dessen Sollmoment addiert und in ein Lenksystem des Fahrzeugs
eingeleitet wird.
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Für den Fall,
daß ein Übersteuern
des Fahrzeugs erkannt wird, beispielsweise indem die tatsächliche Gierbeschleunigung
mit einer Zielgierbeschleunigung verglichen wird, wird vorteilhaft
das zusätzliche
Moment bzw. Momentensignal erzeugt, welches über den Aktuator der Servolenkung
in das Lenksystem eingeleitet wird. Dieses eingeleitete Moment zeigt
dem Fahrer an, in welche Richtung der Fahrer zu lenken hat, um das Fahrzeug
zu stabilisieren. Gleichzeitig können
so inkorrekte Lenkbewegungen des Fahrers gedämpft werden.
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Das Übersteuern
kann zum Beispiel mittels geeigneter Sensoren erkannt werden, welche
ihre Signale an ein Steuergerät
des Fahrzeugs senden.
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Vorteilhaft
wird zunächst
die tatsächliche
Gierbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmt, indem die gemessene Gierrate
des Fahrzeugs gefiltert und abgleitet wird.
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Die
tatsächliche
Gierbeschleunigung bzw. das entsprechende Signal wird einer Transferfunktion (Übertragungsfunktion),
z. B. einer so genanten „look-up
table" zugeführt, so
daß über in der
Transferfunktion abgelegte Erfahrungswerte das Sollgierdämpfungsmoment
ermittelbar ist.
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Das
Sollgierdämpfungsmoment
bzw. dessen entsprechendes Signal kann unter Berücksichtigung anderer gemessener
oder geschätzter
Werte bzw. Signale, welche einen Fahrzeugzustand anzeigen, wie zum Beispiel
die Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkradwinkel, Lenkradmoment usw. skaliert
werden.
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Beispielsweise
bei EPAS (Electric Power Assisted Steering) Systemen ist der Betrag
einer Hilfskraft anhängig
von dem gemessenen Lenkradmoment (also was der Fahrer wahrnimmt).
Die Relation beider zueinander ist über eine Verstärkungskurve
definierbar. Mit der Erfindung wird eine delta Momentenanforderung
(zusätzliches
Moment) für
den EPAS Aktuator berechnet. Generiert der EPAS Aktuator dieses
delta Moment (zusätzliche
Moment), resultiert dies in eine Veränderung des gemessenen Lenkradmomentes
(= Fahrermoment = Hilfsmoment + delta Moment + ...). Der Verlauf
der Hilfskraftkurve ist üblicherweise
nicht-linear. Bei geringem Lenkradmoment (z. B. Geradeausfahrt,
mittige Lenkung (on-centre steering)) verläuft die Verstärkungskurve flach.
Dies bedeutet, daß die
delta Momentenanforderung (zusätzliches
Moment) den Betrag des Hilfsmomentes (fast) nicht verändert. Daher
wird der Fahrer den größten Teil
des angeforderten delta Momentes (zusätzliches Moment) wahrnehmen.
Bei dieser beispielhaften Situation weist die Hilfskraft einen Betrag
von Null auf. Wird das zusätzliche
Moment angefordert, verändert
sich das Lenkradmoment um eben den Betrag des zusätzlichen
Momentes. Das Lenkradmoment wird verwendet um die Hilfskraft in
dieser Situation zu determinieren. Verläuft die Verstärkungskurve
flach, wird sich der betrag der Hilfskraft nicht ändern, so
daß der
Fahrer das komplette zusätzliche
Moment wahrnehmen wird.
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Dies
kann mit folgender Formel ausgedrückt werden:
Lenkradmoment
~ | zusätzliches
Moment – | Hilfskraft |
(steigt) | (steigt) | (unverändert) |
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Bei
größeren Lenkradmomenten
(z. B. Kurvenfahrt, außermittige
Lenkung (off-centre steering)) verläuft die Verstärkungskurve
dagegen steil. Dies bedeutet, daß die delta Momentenanforderung
(zusätzliches Moment)
den Betrag des Hilfsmomentes verändert
(wegen des veränderten
Lenkradmomentes). Der Fahrer wird daher lediglich einen kleinen
Teil des angeforderten delta Momentes (des zusätzlichen Momentes) wahrnehmen.
Bei dieser beispielhaften Situation weist die Hilfskraft bereits
einen bestimmten Betrag auf. Wird das zusätzliche Moment angefordert,
wird sich das Lenkradmoment ändern.
Bei steilem Verlauf der Verstärkungskurve ändert sich,
aufgrund der direkten Abhängigkeit
von dem Lenkradmoment, gleichzeitig die Hilfskraft. Da sich aber
die Hilfskraft verändert,
verändert
sich das Lenkradmoment um einen Betrag, der geringer ist als der Betrag
des zusätzlichen
Moments.
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Dies
kann mit folgender Formel ausgedrückt werden:
Lenkradmoment
~ | zusätzliches
Moment – | Hilfskraft |
(geringer
anstieg) | (steigt) | (steigt) |
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Daraus
resultiert aber ein nicht-lineares Verhalten des Gierdämpfungsalgorithmus.
Wenn beispielsweise eine delta Momentenanforderung (ein zusätzliches
Moment) sowohl bei on-centre steering als auch bei off-centre steering
mit gleicher Intensität
bzw. gleichem Betrag gegeben ist, wird der Fahrer einen größeren Momentenversatz
bei on-centre steering wahrnehmen als bei off-centre steering. Um
diesen (unerwünschten) Effekt
auszugleichen, kann vorgesehen werden, das skalierte Sollgierdämpfungsmoment
(skaliertes Sollgierdämpfungsmoment)
einem Block zuzuführen,
in dem eine inverse Verstärkungskurve
abgelegt ist, um abzuschätzen,
wie viel der Anforderung (des zusätzlichen Momentes) durch die
Verstärkungskurve
ausgelöscht werden
könnte.
So wird ein skaliertes und kompensiertes Signal des Sollgierdämpfungsmomentes
erzeugt; es wird also ein lineares Verhalten •des Gierdämpfungsalgorithmus erreicht.
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Schließlich wird
das skalierte und kompensierte Signal (Sollgierdämpfungsmoment) mit dem Übersteuerungssignal
multipliziert. Das Übersteuerungssignal
bzw. sein Multiplikator weist einen Betrag zwischen 0 und 1 auf.
Der Multiplikator bewirkt eine sanfte Aktivierung bzw. Inaktivierung,
also auch eine stufenlose Erzeugung des zusätzlichen Momentes als Ausgangssignal.
Das Übersteuerungssignal
wird erzeugt, indem einem Zielgiergenerator gemessene Fahrzeugzustandssignale
als Eingangssignale zugeleitet werden. Der Zielgiergenerator ist
mit einem Block zur Erkennung eines Übersteuerns verbunden, indem
das Übersteuersignal erzeugt
wird. Dieses wird in einem Bearbeitungsblock zu dem Multiplikator
verarbeitet, so daß das Übersteuerungssignal
als Multiplikator für
das skalierte und optional ausgeglichene Sollgierdämpfungsmoment
einen Betrag zwischen 0 und 1 aufweist.
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Das
Ausgangssignal bzw. das zusätzliche
Moment wird letztendlich zu dem Sollaktuatormoment addiert. Natürlich fließen hierbei
auch andere, für
die elektrische Servolenkung (EPAS) erforderliche Signale ein.
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Möglich ist
aber auch, anstelle der Erzeugung eines skalierten und kompensierten
Signals des Sollgierdämpfungsmomentes,
das zusätzliche
Moment einem Block zuzuleiten, in dem eine inverse Verstärkungskurve
abgelegt ist, so daß ein
erzeugtes Ausgangssignal als skaliertes und kompensiertes zusätzliches
Moment zu dem Sollaktuatormoment addiert wird. Dabei kann das skalierte
Sollgierdämpfungsmoment
direkt mit dem Übersteuerungssignal
multipliziert werden, so daß das
zusätzliche
Moment erzeugt wird. Dieses Signal kann dann dem Block, in dem die
inverse Verstärkungskurve
abgelegt ist, zugeleitet werden, um abzuschätzen, wie viel der Anforderung
(des zusätzlichen
Momentes) durch die Verstärkungskurve
ausgelöscht
werden könnte.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird mit dem vorrichtungstechnischen Teil gelöst, in dem eine Schaltung vorgesehen
ist, die in einem Steuergerät
des Fahrzeugs implementierbar ist, wobei ein Sollgierdämpfungsmoment
ermittelt wird, das mit einem Übersteuersignal
multipliziert wird, so daß ein
zusätzliches
Moment bzw. Momentensignal erzeugt wird, welches über einen
Aktuator einer Servolenkung auf dessen Sollmoment addiert und in
ein Lenksystem des Fahrzeugs eingeleitet wird.
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Insgesamt
wird vorteilhaft ein Gierdämpfungsmoment
zur Verfügung
gestellt, welches aufgrund der erfindungsgemäßen Erzeugung dem Fahrer dahingehend
unterstützen
kann, daß dieser
das Fahrzeug bei einem Übersteuern
in die „richtige" Richtung lenkt,
um das Fahrzeug zu stabilisieren.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und
der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt die einzige
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1 eine
schematische Ansicht einer Schaltung bzw. eines Algorithmus zur
Gierdämpfung über eine elektrische
Servolenkung.
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1 zeigt
eine Schaltung bzw. einen Algorithmus 1 zur Gierdämpfung über eine
elektrische Servolenkung. Der Algorithmus 1 ist in einem
nicht dargestellten Steuergerät
des Fahrzeugs implementierbar.
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Einem
Block 2, der im Folgenden als Zielgiergenerator 2 bezeichnet
wird, werden gemessene Fahrzeugzustände als Signale 3 zugeleitet.
Der Zielgiergenerator 2 ist mit einem Block 4 zur
Erkennung eines Übersteuerns
verbunden. Wird ein Übersteuern
erkannt, wird ein Übersteuersignal 5 erzeugt,
welches in einem Bearbeitungsblock 6 zu einem Multiplikator 7 verarbeitet
wird. Der Multiplikator 7 weist einen Betrag zwischen 0 und
1 auf, je nach dem wie stark das erkannte Übersteuersignal ist.
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In
einem Block 8 wird eine Gierbeschleunigung 9 über ein
Filtern und Ableiten einer gemessenen Gierrate 10 bestimmt.
Die Gierbeschleunigung 9 wird als Eingangssignal einer
Transferfunktion (Übertragungsfunktion)
z. B. einer so genannten „look-up table" (Block 11)
zugeleitet, so daß ein
Sollgierdämpfungsmoment 12 erzeugt
wird.
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Das
Sollgierdämpfungsmoment 12 kann
unter Berücksichtigung
anderer gemessener bzw. geschätzter
Signale 13 wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkradwinkel,
Lenkradmoment usw. skaliert werden, was in dem Block 14 durchgeführt werden
kann. Als Ausgangssignal wird ein skaliertes Sollgierdämpfungsmoment 16 erzeugt.
Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, wird
das in dem Block 14 skalierte Signal des Sollgierdämpfungsmomentes 12 einem
Block 17 zugeleitet, in dem eine inverse Verstärkungskurve
abgelegt ist, um ein skaliertes und kompensiertes bzw. ausgeglichenes
Signal 18 des Sollgierdämpfungsmomentes 12 zu
erzeugen.
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Dieses
wird dem Multiplikator 7 multipliziert, so daß ein zusätzliches
Moment bzw. Momentensignal 19 erzeugt wird, welches über einen
Aktuator einer Servolenkung auf dessen Sollmoment addiert und in
ein Lenksystem des Fahrzeugs eingeleitet wird.
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Vorteilhafter
Weise wird somit ein Zielgiergenerator mit einer Übersteuerungserkennung
verbunden, um Fahrzeugzustände
zu bestimmen, wobei beispielhaft folgende Zustände erkannt werden können:
- 1 das Fahrzeug verhält sich neutral oder untersteuert
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In
diesem Fall wird das Sollgierdämpfungsmoment
der elektrischen Servolenkung (EPAS) ausgesetzt, was bedeutet, das
der Multiplikator 7 einen Betrag von Null aufweist, wobei
auch die Momentenanforderung Null ist.
- 2 das
Fahrzeug übersteuert
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In
diesem Fall wird die Gierdämpfung
eingeleitet, was bedeutet, daß das
zusätzliche
Moment 19 erzeugt wird, wobei der Multiplikator 7 für das Sollgierdämpfungsmoment 12 bzw. 18 einen
Betrag zwischen > 0 und
1 aufweist.
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Dieses
zusätzliche
Moment 19 wird über
den Aktuator der Servolenkung in das Lenksystem eingeleitet, so
daß der
Fahrer eine Unterstützung
bemerkt. Mittels dieser Unterstützung
kann der Fahrer das Fahrzeug in die richtige Richtung lenken um
das Fahrzeug zu stabilisieren, also einem Übersteuern entgegen wirken.
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Möglich ist
aber auch, daß das
Signal 16 direkt, unter Verzicht auf den Block 17 mit
dem Multiplikator 7 multipliziert wird. Das erzeugte zusätzliche
Moment kann dann einem Block zugeführt werden, in dem eine inverse
Verstärkungskurve
abgelegt ist, um ein skaliertes und kompensiertes bzw. ausgeglichenes
Signal des zusätzlichen
Momentes zu erzeugen, welches über
einen Aktuator einer Servolenkung auf dessen Sollmoment addiert
und in ein Lenksystem des Fahrzeugs eingeleitet wird.