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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen
Servolenksystems eines Kraftfahrzeugs gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 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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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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Die
DE 197 13 576 A1 betrifft
ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem
lenkbaren Rad, einem Stellantrieb und einem Überlagerungsgetriebe.
Mittels des Überlagerungsgetriebes wird die durch den Fahrer
des Fahrzeugs initiierte Lenkbewegung und die durch den Stellantrieb
initiierte Bewegung zur Erzeugung der Lenkbewegung des lenkbaren
Rades innerhalb vorgegebener Lenkanschläge überlagert.
Der Kern besteht darin, dass vor Erreichen eines Lenkanschlags die
durch den Stellantrieb initiierte Bewegung wenigstens reduziert wird.
Man gelangt zu einer Überlagerungslenkung, bei der die
Lenkanschläge sicherheits- und komfortfördernd
berücksichtigt sind.
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Bei
einer beschleunigten oder gebremsten Kreisfahrt ändern
sich durch den Eingriff bekannter Aktivlenkungen bzw. Überlagerungslenksysteme
die vom Fahrer am Lenkrad spürbaren Endanschläge des
Lenkrads. Dabei verdreht sich das Lenkrad bei einer beschleunigten
oder gebremsten Kreisfahrt im Endanschlag wie folgt: Das Lenkrad
dreht bei einem direkter wirkenden Eingriff des aktiven Lenksystems zurück
und bei einem indirekter wirkenden Eingriff des aktiven Lenksystems
weiter ein. Wünschenswert wäre es jedoch, wie
bei einem gewöhnlichen Lenksystem, in diesen Fällen
das Lenkrad stabil zu halten.
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Ein
gattungsgemäßes elektronisches Servolenksystem
ist aus der
DE
10 1006 052 092 A1 bekannt. Bei einer Lenkposition in einem
ersten Bereich vor einem vorgegebenen Endanschlagsbereich der Zahnstange
des Lenkgetriebes wird der Gradient des Soll-Zusatzwinkels begrenzt.
Bei einer Lenkposition in dem Endanschlagsbereich der Zahnstange
des Lenkgetriebes wird das variable Übersetzungsverhältnis
deaktiviert.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Betrieb eines elektronischen Servolenksystems der eingangs erwähnten Art
zu schaffen, welches die Berücksichtigung der Endanschläge
der Zahnstange bzw. der Lenkanschläge noch weiter verstärkt,
insbesondere soll die Position des Lenkrads bei einer beschleunigten
oder gebremsten Kreisfahrt im Endanschlag wenigstens annähernd
stabil gehalten werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass bei einer Lenkposition in einem vorgegebenen Bereich eines
mechanischen Endanschlags der Zahnstange des Lenkgetriebes der Soll-Zusatzwinkel
und die von der Nutzfunktion für das variable Übersetzungsverhältnis
zu berücksichtigende Fahrzeuggeschwindigkeit konstant gehalten werden.
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Durch
diese Maßnahmen wird in vorteilhafter Weise sichergestellt,
dass, sollte während einer Kreisfahrt des Kraftfahrzeugs
im Endanschlag der Zahnstange beschleunigt oder abgebremst werden, die
Aktivlenkung nicht eingreift und somit die Position des Lenkrads
stabil bleibt. Die Endanschläge des Lenksystems werden
somit sicherheits- und komfortfördernd berücksichtigt.
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Die
Soll-Lenkübersetzung wird von dem elektronischen Servolenksystem
in Abhängigkeit von Lenkradwinkel und Fahrzeuggeschwindigkeit
gebildet und in einen Motorsollwinkel bzw. Soll-Zusatzwinkel umgerechnet.
Eine Endanschlagabschaltungsfunktion überwacht nun den
Ritzelwinkel und wirkt entsprechend auf den Motorsollwinkel ein.
Kurz vor Erreichen des mechanischen Endanschlags am Ritzel, wenn
beispielsweise ein Grenzwert für den Ritzelwinkel überschritten
wird, wird der Motorsollwinkel des Lenksystems sozusagen eingefroren.
Außerdem wird im Übersetzungskennfeld des aktiven
Lenksystems die Geschwindigkeitskomponente bzw. die von der Nutzfunktion
für das variable Übersetzungsverhältnis
zu berücksichtigende Fahrzeuggeschwindigkeit für
die Dauer der Lenkanschlags konstant gehalten, insbesondere um unerwünschte
Sprünge des Motorsollwinkels bzw. des Motorwinkels in vorteilhafter
Weise zu vermeiden.
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Wird
anschließend der Endanschlag durch eine Lenkraddrehung
des Fahrers wieder verlassen, dann wird die vor dem Eintritt in
den Endanschlag gespeicherte Fahrzeuggeschwindigkeit wieder der
aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit angeglichen und die Lenkübersetzung
ist wieder abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Sehr
vorteilhaft ist es demnach, wenn bei Verlassen des Bereichs des
mechanischen Endanschlags der Zahnstange die von der Nutzfunktion
für das variable Übersetzungsverhältnis
zu berücksichtigende Fahrzeuggeschwindigkeit wieder der
aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit mittels einer Funktion angeglichen
und der Soll-Zusatzwinkel nicht mehr konstant gehalten, d. h. freigegeben
wird.
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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 3 bzw. Anspruch 4 angegeben.
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Anspruch
5 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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Es
zeigt:
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1 eine
vereinfachte schematische Darstellung eines Überlagerungslenksystems,
bei welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren zum
Einsatz kommt;
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2 ein
vereinfachtes Schaubild eines Verlaufs des Soll-Zusatzwinkels ohne
und mit einer Endanschlagsschaltung; und
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3 ein
vereinfachtes Signalflussdiagramm einer Nutzfunktion, welche ein
variables Übersetzungsverhältnis innerhalb eines
erfindungsgemäßen Verfahrens bereitstellt, wobei
die Lenkanschläge berücksichtigt werden.
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1 zeigt
ein elektronisches Servolenksystem 1 bzw. Überlagerungslenksystem
eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Das elektronische 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 vx 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 vx 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 (siehe 3)
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
vorgegebenen Bereich eines mechanischen Endanschlags der Zahnstange 6 des
Lenkgetriebes 4 der Soll-Zusatzwinkel δMd und die von der Nutzfunktion VSR für
das variable Übersetzungsverhältnis zu berücksichtigende
Fahrzeuggeschwindigkeit konstant gehalten werden.
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Eine
Endanschlagbegrenzungsfunktion 12b bzw. Endanschlagabschaltungsfunktion überwacht nun
den Ritzelwinkel δG und wirkt entsprechend
auf den Soll-Zusatzwinkel δMd ein
(siehe 3). Kurz vor Erreichen des mechanischen Endanschlags
am Ritzel 7, wenn beispielsweise ein vorzugebender Grenzwert
für den Ritzelwinkel δG überschritten
wird, wird der Soll-Zusatzwinkel δMd des
elektronischen Servolenksystems 1 sozusagen eingefroren.
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In 2 ist
ein Verlauf des Soll-Zusatzwinkels δMd bei
bekannten aktiven Lenksystemen (linkes Schaubild) und mit einer
Endanschlagbegrenzungsfunktion 12b des erfindungsgemäßen
Verfahrens (rechtes Schaubild) dargestellt. Auf den vertikalen Achsen
ist dabei der Soll-Zusatzwinkel δMd und
auf den horizontalen Achsen die Zeit t aufgetragen. Dabei fällt
auf, dass bei der Endanschlagsbegrenzung der Soll-Zusatzwinkel δMd ab einem Grenzwert G konstant gehalten
wird.
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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 Block- bzw. Signalflussdiagramms verdeutlicht.
Wie aus 3 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.
Der 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 gegebenenfalls
modifizierten Soll-Zusatzwinkel δMd an
den Elektromotor 9.
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Die
Endanschlagsabschaltung wird aktiviert, wenn ein von der Nutzfunktion
VSR ermittelter Sollbetrag des Eingangswinkels δG des Lenkgetriebes 4 bzw. eine
Lenkposition in einem vorgegebenen Bereich eines mechanischen Endanschlags
der Zahnstange 6 des Lenkgetriebes 4 liegt. Dementsprechend
wird der Soll-Zusatzwinkel δMd von
der Endanschlagsabschaltung 12b konstant gehalten bzw.
der im letzten Abtastschritt ermittelte Soll-Zusatzwinkel δMd eingefroren sowie die von der Nutzfunktion
VSR für das variable Übersetzungsverhältnis
zu berücksichtigende Fahrzeuggeschwindigkeit ebenfalls
konstant gehalten. Dies wird dem Funktionsblock 12a durch
ein Endanschlagsflag E_FLAG angezeigt.
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Bei
Verlassen des Bereichs des mechanischen Endanschlags der Zahnstange 6 wird
die von der Nutzfunktion VSR bzw. von dem Funktionsblock 12a für
das variable Übersetzungsverhältnis zu berücksichtigende
Fahrzeuggeschwindigkeit wieder der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit
vx mittels einer Funktion angeglichen und
der Soll-Zusatzwinkel δMd nicht
mehr konstant gehalten. Die Funktion kann als Rampe oder dergleichen
ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich könnte
auch der Soll-Zusatzwinkel δMd wieder
angeglichen oder die Anpassung über den Lenkaufwand eingebracht
werden.
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Das
variable Übersetzungsverhältnis wird demnach reaktiviert,
wenn aus dem Endanschlagsbereich der Zahnstange 6 des Lenkgetriebes 4 in Richtung
der Lenkungsmittellage zurückgelenkt wird, d. h. der Sollwert
des Eingangswinkels δG des Lenkgetriebes 4 somit
nicht mehr im Endanschlagsbereich 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. Dies wird dem Funktionsblock 12a wiederum
durch ein entsprechend invertiertes Endanschlagsflag E_FLAG angezeigt.
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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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- 1
- elektronisches
Servolenksystem
- 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
- δFm
- Radlenkwinkel
bzw. Lenkwinkel
- δG
- Ritzelwinkel
- δS
- Lenkradwinkel
- vx
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- δM
- Zusatzwinkel
- δMd
- Sollwert
des Zusatzwinkels
- VSR
- Nutzfunktion
variable Lenkübersetzung
- E_FLAG
- Endanschlagsflag
- G
- Grenzwert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19751125
A1 [0002]
- - DE 19713576 A1 [0003]
- - DE 101006052092 A1 [0005]