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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 Stellantieb 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 2006 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 durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, bei welchem erfindungsgemäß bei der Lenkposition in dem vorgegebenen Bereich des mechanischen Endanschlags der Zahnstange des Lenkgetriebes eine von der Nutzfunktion für das variable Übersetzungsverhältnis zu berücksichtigende Fahrzeuggeschwindigkeit konstant gehalten wird. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus dem Unteranspruch. Die Lösung der Aufgabe erfolgt auch durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 3, durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 4 sowie durch ein elektronisches Servolenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
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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, welches dem Sollwert des von dem Elektromotor 9 zu erzeugenden Zusatzwinkels δM, also dem Soll-Zusatzwinkel δMd 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 des Lenkgetriebes 4 des elektronischen Servolenksystems 1 aus einer Überlagerung des Lenkradwinkels δS mit dem Zusatzwinkel δM erzeugt wird, wobei der Eingangswinkel 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 δG bzw. den Eingangswinkel 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 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 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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Bezugszeichenliste
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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
