DE102008041379A1 - Verfahren zum Betreiben einer Überlagerungslenkung - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer Überlagerungslenkung (40) und eine Überlagerungseinheit (44) zur Verwendung in einer Überlagerungslenkung (40) vorgestellt. Bei dem Verfahren wird eine Winkelübersetzung zwischen einem Lenkradwinkel eines Lenkrads (42) und dem Radlenkwinkel der für die Fahrzeuglenkung verantwortlichen Räder (54) eines Fahrzeugs eingestellt, wobei der Lenkradwinkel in eine Überlagerungseinheit (44) eingegeben wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zu dem eiel ermittelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Überlagerungslenkung, eine Überlagerungseinheit zur Verwendung in einer Überlagerungslenkung sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
• Bei Überlagerungslenkungen wird dem durch ein Lenkrad vorgegebenen Lenkradwinkel ein Winkel überlagert, so dass sich ein gewünschter Winkel an den für die Lenkung vorgesehenen Rädern, in der Regel die Vorderräder, einstellt. Grundsätzlich ist dabei die Winkelübersetzung definiert durch

  

  wobei i_v als Übersetzungsverhältnis bezeichnet wird, das das Verhältnis zwischen dem Lenkradwinkel δ_S und dem Vorderradwinkel δ_F definiert.
• Die Lenkübersetzung der Überlagerungslenkung, die das Verhältnis zwischen Lenkradwinkel δ_S und Ritzelwinkel δ_G bestimmt, beeinflusst somit direkt das Übersetzungsverhältnis i_v.
• Da der eigentliche Radwinkel nicht gemessen werden kann, ist dieser zu ersetzen durch einen gewünschten Winkel bzw. einen Sollwinkel und eine gewünschte Winkelübersetzung bzw. eine Sollwinkelübersetzung:

  
• Üblicherweise wird diese Winkelübersetzung in einer sogenannten Überlagerungseinheit mittels Kennlinien ermittelt, die die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und den Lenkradwinkel berücksichtigen.
• So können in Abhängigkeit bestimmter Fahrsituationen aber auch nach Vorgabe des Fahrers unterschiedliche Winkelübersetzungen zwischen Lenkradwinkel und Radlenkwinkel eingestellt werden.
• Aus der Druckschrift DE 10 2006 023 562 A1 ist ein Verfahren zum kennlinien- oder kennfeldabhängigen Variieren der Winkelübersetzung zwischen einem Lenkradwinkel eines Lenkrads und dem Radlenkwinkel der für die Fahrzeuglenkung verantwortlichen Räder eines Kraftfahrzeugs mit einem aktiven Lenksystem bekannt. In dieser ist eine Lenkwinkelüberlagerungseinheit beschrieben, bei der eine variable Lenkübersetzung in Abhängigkeit einer Sollübersetzung funktional eingestellt wird, die aus einem oder mehreren Kennfeldern erzeugt wird. Der Übergang zwischen den Kennfeldern ist über eine sogenannte Fader-Funktion realisiert, die auf Grundlage der Lenkradwinkelgeschwindigkeit die Sollübersetzung zwischen Kennfeldern angleicht.
• Nachteilig bei dem beschriebenen Verfahren ist, dass zur eigentlichen Berechnung des Sollüberlagerungwinkels die Fahrzeuglenkkinematik bekannt sein muss, da die Übersetzung zwischen Lenkrad und Vorderrad vorgegeben ist und der eigentliche Sollüberlagerungswinkel berechnet werden muss.
• Dies ist bei Überlagerungseinheiten, die beispielsweise in einer Lenksäule optional verbaut werden, nachteilig, da in diesen Systemen die Fahrzeugperipherie zur korrekten Berechnung des Sollüberlagerungswinkels bekannt sein muss, obwohl die Fahrzeuglenkkinematik außerhalb der eigentlichen Systemgrenze der Überlagerungseinheit liegt.
• Weiterhin ist nachteilig, dass die Fader-Funktion abhängig vom Fahrzeugtyp eingestellt sein muss.
• Das vorgestellte Verfahren dient zum Betreiben einer Überlagerungslenkung, wobei eine Winkelübersetzung zwischen einem Lenkradwinkel eines Lenkrads und dem Radlenkwinkel der für die Fahrzeuglenkung verantwortlichen Räder, in der Regel die Vorderräder, eines Fahrzeugs eingestellt und der Lenkradwinkel in eine Überlagerungseinheit eingegeben wird. Dabei ist vorgesehen, dass zu dem eingegeben Lenkradwinkel in der Überlagerungseinheit direkt ein gewünschter Ritzelwinkel bzw. Sollritzelwinkel ermittelt wird.
• Zur Ermittlung des gewünschten Ritzelwinkels in der Überlagerungseinheit kann eine Kennlinie oder auch ein mehrere Kennlinien umfassendes Kennlinienfeld eingesetzt werden.
• Wird ein Kennlinienfeld verwendet, dann erfolgt ein Übergang zwischen den einzelnen Kennlinien bspw. über eine sogenannte Fader-Funktion.
• Diese Fader-Funktion kann von der Lenkradwinkelgeschwindigkeit abhängig sein. Eine Abhängigkeit von der Sollwinkelübersetzung ist, wie in der Druckschrift DE 10 2006 023 562 A1 , nicht gegeben.
• In Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens wird der gewünschte Ritzelwinkel in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkradwinkels ermittelt.
• Das vorgestellte Verfahren hat, zumindest in einigen der vorgestellten Ausführungen, erhebliche Vorteile gegenüber dem dargelegten Stand der Technik. So können durch geeignete Nutzung der Kennfeldausgangsgrößen eine Vereinfachung der Gesamtfunktionalität einer variablen Lenkübersetzung erreicht und gleichzeitig die funktionellen Vorteile einer Fader-Funktion zur Umschaltung zwischen den Kennfeldern genutzt werden. Weiterhin entfällt die Abhängigkeit der Fahrzeugkinematik. Dies wird dadurch erreicht, dass anstelle einer Sollübersetzung direkt im Kennfeld ein Sollritzelwinkel ermittelt wird. Der Ritzelwinkel ist die Ausgangsgröße der Überlagerungseinheit und korreliert somit zur Systemgrenze eines Lenksystems mit der Überlagerungseinheit und einer Recheneinheit.
• Die Umschaltung zwischen den Kennfeldern bzw. die Berechnung des Sollritzelwinkels aus zwei oder mehreren Kennfeldern erfolgt abhängig von der Lenkradwinkelgeschwindigkeit und der Richtung des Betrags des Lenkradwinkels. Umschaltgeschwindigkeiten sind dabei in allen Freiheitsgraden applizierbar. Dies bedeutet, dass einstellbar ist, ob ein Übergang von einem größeren Sollritzelwinkel auf einen kleineren aufgrund einer gewünschten Kennfeldumschaltung nur dann abhängig von einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit umgesetzt wird, wenn der Lenkradwinkel betragsmäßig zu- oder abnimmt. Es ist ebenso einstellbar, ob ein Übergang von einem kleineren Sollritzelwinkel auf einen größeren Sollritzelwinkel aufgrund einer gewünschten Kennfeldumschaltung nur dann abhängig von einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit umgesetzt wird, wenn der Lenkradwinkel betragsmäßig zu- oder abnimmt.
• Es kann weiterhin eingestellt werden, ob ein Übergang von einem kleineren Sollritzelwinkel auf einen größeren Sollritzelwinkel aufgrund einer gewünschten Kennfeldumschaltung nur dann abhängig von einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit umgesetzt wird, wenn der Lenkradwinkel betragsmäßig zu- oder abnimmt. Außerdem ist die Abhängigkeit der Lenkradwinkelgeschwindigkeit applizierbar.
• Die beschriebene Überlagerungseinheit ist zur Aufnahme und Verarbeitung eines Lenkradwinkels vorgesehen und dazu ausgebildet, zu dem aufgenommenen Lenkradwinkel direkt einen Ritzelwinkel bzw. einen Sollritzelwinkel zu ermitteln.
• Hierzu kann die Überlagerungseinheit den Sollritzelwinkel mittels zumindest einer Kennlinie oder eines Kennfelds ermitteln.
• Ein Computerprogramm umfasst Programmcodemittel, um alle Schritte eines Verfahrens, wie dies voranstehend beschrieben ist, durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird.
• Ein Computerprogrammprodukt umfasst diese Programmcodemittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.
• Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger, wie bspw. einer Diskette, CD, DVD, Festplatte, einem USB Memory Stick oder ähnlichem, oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein. Von dort kann das Computerprogramm in ein Speicherelement, des Steuergeräts übertragen werden.
• Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
• Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
• 1 verdeutlicht den Ablauf eines Verfahrens zum Betreiben einer Überlagerungslenkung nach dem Stand der Technik.
• 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Überlagerungslenkung.
• 3 verdeutlicht den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• In 1 ist der Ablauf eines Verfahrens nach dem Stand der Technik wiedergegeben, bei dem als erste Eingangsgröße 10 der Lenkradwinkel δ_S und als zweite Eingangsgröße 12 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs v_x eingegeben werden.
• Es sind innerhalb einer Systemgrenze 14 einer Überlagerungseinheit ein Differenzglied 16 und eine Anzahl an Kennfeldern 18 vorgesehen. Unter dem Differenzglied 16 ist die Ermittlung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit zu verstehen. Die einzelnen Kennfelder 18 ermittelt jeweils eine Sollübersetzung i_vdn. Der Übergang zwischen den einzelnen Kennfeldern 18 erfolgt über eine Fader-Funktion 20 in Abhängig keit der Lenkradwinkelgeschwindigkeit 19. Somit ergibt sich am Ausgang 22 eine gesamte Sollwinkelübersetzung i_vd.
• Anhand der resultierenden Sollwinkelübersetzung i_vd wird bei 24 der Sollvorderradwinkel über die Gleichung

  

  berechnet. Mit diesem wird bei 26 der Sollritzelwinkel berechnet, was in Abhängigkeit der Fahrzeugkinematik, in der Regel unter Verwendung einer Kennlinie, erfolgen muss. Abschließend erfolgt bei 28 die Berechnung des Sollüberlagerungswinkels. Der Sollüberlagerungswinkel ist die Differenz aus Sollritzelwinkel und Lenkradwinkel.
• Es ist somit erforderlich, dass die Fahrzeugperipherie, insbesondere die Beziehung zwischen dem Ritzelwinkel und dem Vorderradwinkel, zur Berechnung des Sollüberlagerungswinkels bekannt ist, obwohl die Fahrzeuglenkkinematik außerhalb der eigentlichen Systemgrenzen 14 der Überlagerungseinheit liegt.
• In 2 ist in schematischer Darstellung eine Überlagerungslenkung dargestellt, die insgesamt mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet ist. Zu erkennen ist ein Lenkrad 42, eine Winkel-Überlagerungseinheit 44 mit einer Recheneinheit 46, einem Elektromotor 48 und einem Motorwinkelsensor 50, eine Lenksäule 52, Vorderräder 54, eine Zahnstange 56 mit einem Ritzel 60.
• Mit dem Lenkrad 42 wird die Eingangsgröße δ_S der Winkel-Überlagerungseinheit 44 eingestellt, die wiederum mittels Kennfeldern mit Hilfe der Recheneinheit 46 einen Sollritzelwinkel δ_Gd ermittelt. Dabei wird die Lenkradwinkelgeschwindigkeit berücksichtigt.
• Mit dem Motor 48 wird ein zu überlagernder Winkel 62 aufgebracht, der dem von dem Lenkrad 42 aufgebrachten Lenkradwinkel δ_S in dem Überlagerungsgetriebe 58 überlagert wird. Die Momentenunterstützung des Lenksystems kann hydraulisch oder elektrisch erfolgen. Eine Systemgrenze ist mit Bezugsziffer 64 verdeutlicht.
• In 3 ist das Vorgehen bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Wiederum werden als erste Eingangsgröße 80 der Lenkradwinkel δ_S und als zweite Eingangsgröße 82 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs v_x eingegeben. Auch hier ist ein Differenzglied 84 zur Berechnung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit vorgesehen, dessen Eingangsgröße der Lenkradwinkel δ_S ist.
• Mittels Kennfeldern 86, die jeweils einem bestimmten Bereich, bspw. einem Lenkradwinkelgeschwindigkeitsbereich, zugeordnet sind, wird jeweils ein Sollritzelwinkel δ_Gd ermittelt. Der Übergang zwischen den einzelnen Kennfeldern 86 erfolgt über eine Fader-Funktion 88. So ergibt sich ein resultierender bzw. gesamter Sollritzelwinkel δ_Gd.
• Auf Grundlage dieses Werts erfolgt in 90 die Berechnung des Sollüberlagerungswinkels als Differenz aus Sollritzelwinkel δ_Gd und Lenkradwinkel δ_S.
• Es wird deutlich, dass dieses gegenüber dem Stand der Technik stark vereinfachte Verfahren unabhängig von der Fahrzeugkinematik durchzuführen ist.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - DE 102006023562 A1 [0007, 0014]

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben einer Überlagerungslenkung (40), bei dem eine Winkelübersetzung zwischen einem Lenkradwinkel (δ_S) eines Lenkrads (42) und dem Radlenkwinkel (δ_F) der für die Fahrzeuglenkung verantwortlichen Räder eines Fahrzeugs eingestellt wird, wobei der Lenkradwinkel (δ_S) in eine Überlagerungseinheit (44) eingegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem eingegebenen Lenkradwinkel (δ_S) direkt ein Sollritzelwinkel (δ_Gd) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Sollritzelwinkel (δ_Gd) mittels einer Kennlinie ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Sollritzelwinkel (δ_Gd) mittels eines Kennlinienfelds ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem ein Übergang zwischen verschiedenen Kennlinien oder Kennfeldern erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Übergang in Abhängigkeit der Lenkradwinkelgeschwindigkeit erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Sollritzelwinkel (δ_Gd) in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkradwinkels (δ_S) ermittelt wird.
7. Überlagerungseinheit, die zur Aufnahme und Verarbeitung eines Lenkradwinkels (δ_S) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungseinheit (44) dazu ausgebildet ist, zu dem aufgenommenen Lenkradwinkel (δ_S) direkt einen Sollritzelwinkel (δ_Gd) zu ermitteln.
8. Überlagerungseinheit nach Anspruch 7, die dazu ausgebildet ist, den Sollritzelwinkel (δ_Gd) mittels zumindest einer Kennlinie oder eines Kennfelds zu ermitteln.
9. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit (46) durchgeführt wird.
10. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit (46) durchgeführt wird.