DE102009008843A1

DE102009008843A1 - Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs bei einem abrupten Lenkmomentabfall und Servolenkung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009008843A1
Application number: DE102009008843A
Authority: DE
Inventors: Eckbert Schäfer; Heiko Schumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-02-14
Also published as: DE102009008843B4

Abstract

Eine Servolenkung weist eine Einrichtung zur Stabilisierung des Kraftfahrzeugs bei einem abrupten Lenkmomentabfall auf, wie er bei einem plötzlichen Haftreibungsverlust während des Durchfahrens einer Kurve auftritt. Ohne zusätzliche Maßnahmen besteht die Gefahr, dass der Fahrer, die Lenkungshandhabeaten kann. Um die Gefahr einer solchen stabilitätskritischen Situation zu verringern und einen frühzgramms möglichst zu vermeiden, ist vorgesehen, einen Haftreibungsverlust anhand charakteristischer Fahrzustandsparameter zu erkennen und durch eine temporäre Verminderung des Unterstützungsmoments der Servovorrichtung ein Verreißen der Lenkungshandhabe zu verhindern, d. h. plötzliche Bewegungen der Lenkungshandhabe zumindest zu dämpfen oder im Wesentlichen vollständig zu kompensieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs bei einem abrupten Lenkmomentabfall, wobei das Kraftfahrzeug mit einer frei ansteuerbaren elektrischen oder hydraulischen Servovorrichtung sowie einem elektronischen Stabilitätsprogramm ausgestattet ist, welches in einer stabil tätskritischen Fahrsituation durch eine individuelle Radbremsenansteuerung eine Stabilisierung des Fahrzeugs ermöglicht. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine entsprechend konfigurierte Servolenkung für ein Kraftfahrzeug.
Elektronische Stabilitätsprogramme basieren auf der Überlegung, durch eine gezielte Betätigung einzelner Radbremsen stabilitätskritische Fahrsituationen zu vermeiden und so beispielsweise ein Schleudern des Fahrzeugs im Grenzbereich zu verhindern. Hierzu wird kontinuierlich ein fahrerseitiger Lenkbefehl mit dem aktuellen Fahrzustand abgeglichen. Der fahrerseitige Lenkbefehl kann beispielsweise mittels eines Lenkwinkelsensors erfasst werden, während der aktuelle Fahrzustand beispielsweise anhand von Raddrehzahlsensoren, welche für ein Antiblockiersystem benötigt werden, und einem Gierratensensor ermittelt werden kann. Wird eine wesentliche Abweichung zwischen Lenkbefehl und Fahrzustand festgestellt, veranlasst das elektronische Stabilitätsprogramm einen radindividuellen Bremseingriff.
Während elektronische Stabilitätsprogramme der ersten Generation lediglich auf einen Bremseingriff zur Stabilisierung des Fahrzeugs setzten, wird in neueren Systemen zusätzlich ein automatischer Lenkeingriff vorgesehen. Durch einen Lenkeingriff kann ein Fahrzeug beim Bremsen auf inhomogener Fahrbahn (μ-split) oder bei Übersteuern sehr effizient stabilisiert werden. Um jedoch einen aktiven Lenkeingriff vornehmen zu können, muss das Fahrzeug ein aktiv ansteuerbares Lenksystem aufweisen.
Bei Überlagerungslenkungen lässt sich mittels einer geeigneten Servovorrichtung ein vom fahrerseitigen Lenkbefehl unabhängiger Zusatzlenkwinkel an den Fahrzeugrädern einstellen, da durch ein beispielsweise in die Lenksäule integriertes Planetenradgetriebe ein zusätzlicher Freiheitsgrad bezüglich der Kopplung der Lenkungshandhabe mit dem Lenkgetriebe zur Verfügung steht.
Auch mit frei ansteuerbaren elektrischen oder hydraulischen Servolenkungen ist eine zusätzliche Stabilisierung des Fahrzeugs durch Lenkeingriffe möglich. Dabei kann der Lenkwinkel der Vorderräder allerdings nicht wie bei einer Überlagerungslenkung unabhängig von der Lenkwinkelvorgabe des Fahrers eingestellt werden. Vielmehr wird bei Servolenkungen dem Fahrer frühzeitig eine Lenkempfehlung vermittelt. Hierzu wird über die Servovorrichtung ein Zusatzmoment generiert, das an der Lenkungshandhabe spürbar ist und die Richtung vorgibt, in die die Lenkungshandhabe zur Stabilisierung des Fahrzeugs zu bewegen ist. Der Fahrer kann dann die zur Stabilisierung erforderliche Lenkkorrektur selbst durchführen. Das Zusatzmoment der Lenkempfehlung wird dabei stets so gewählt, dass der Fahrer die Lenkungshandhabe gegen das Zusatzmoment festhalten und gegebenenfalls die Lenkempfehlung überstimmen kann, so dass dieser stets die volle Kontrolle über das Fahrzeug behält. Eine solche Lenkung wird beispielsweise in der DE 101 41 425 B4 beschrieben.
Vor diesem Hintergrund geht die Erfindung von folgender Problemstellung aus: bei einem plötzlichen Haftreibungsverlust während des Durchfahrens einer Kurve nimmt das Handlenkmoment abrupt ab. Für den Fahrer besteht hierdurch die Gefahr, die Lenkungshandhabe in Richtung der Kurveninnenseite zu verreißen und so das Fahrzeug bei Wiedererlangen der Haftung oder auch früher ins Schleudern zu bringen. Häufige Ursachen für einen solchen Haftreibungsverlust sind Veränderungen des Fahrbahnbelags, verschmutzungs- und/oder witterungsbedingte Fahrbahninhomogenitäten oder Fahrbahnunebenheiten.
Prinzipiell ist es möglich, einem Schleudern des Fahrzeugs durch einen gezielten Radbremseingriff zu begegnen. Zudem ist es möglich, dem Fahrer über ein Zusatzmoment eine haptische Lenkempfehlung zu vermitteln, so dass dieser in Zusammenwirkung mit dem elektronischen Stabilitätsprogramm das Fahrzeug stabilisieren kann.
Die Erfindung setzt jedoch an anderer Stelle an und schlägt gemäß Patentanspruch 1 vor, bei Erkennen eines abrupten Lenkmomentabfalls das Unterstützungsmoment der Servovorrichtung zurückzunehmen. Hierdurch wird bereits einem Verreißen des Lenkrads vorgebeugt, und somit die Gefahr, dass das Fahrzeug überhaupt in eine stabilitätskritische Situation gelangt, vermindert. Aufgrund des verminderten Unterstützungsmoments erhöht sich die erforderliche Handkraft in Richtung eines potentiellen Verreißens der Lenkungshandhabe.
Der Fahrer erhält hierdurch zum einen eine Rückmeldung über den auftretenden Haftreibungsverlust. Zum anderen wird ein etwaiges Verreißens zumindest stark gedämpft. Das Unterstützungsmoment kann auch derart reduziert werden, dass eine Verstellung der Lenkungshandhabe im Wesentlichen vollständig kompensiert wird.
Kommt es trotz allem zu einer stabilitätskritischen Fahrsituation, kann das Fahrzeug in herkömmlicher Weise mittels des elektronischen Stabilitätsprogramms und gegebenenfalls durch zusätzliche Vorgabe einer dynamischen Lenkempfehlung stabilisiert werden.
Die erfindungsgemäße Lösung nutzt ausschließlich am Fahrzeug ohnehin zur Verfügung stehende Parameter, so dass diese ohne großen Aufwand beispielsweise in ein elektronisches Stabilitätsprogramm oder ein Lenkungssteuergerät implementiert werden kann. Sie deckt eine Lücke zwischen den Funktionen einer dynamischen Lenkempfehlung und einem elektronischen Stabilitätsprogramm kostengünstig ab und erhöht die Fahrsicherheit.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Servolenkung gemäß Patentanspruch 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Servolenkung nach der Erfindung, und in
2 eine schematische Ansicht der Verminderung des Unterstützungsmoments bei einem abrupten Lenkmomentabfall.
Das in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Servolenkung eines Personenkraftfahrzeugs, die nachfolgend beispielhaft anhand einer elektromechanischen Lenkung näher erläutert wird. Die Lenkung 1 umfasst eine Lenkungshandhabe 2, mit der ein vom Fahrer aufgebrachtes Lenk- bzw. Handmoment M_H über eine Lenksäule 3 und ein Lenkgetriebe 4 an den Fahrzeugrädern zur Wirkung gebracht wird. Weiterhin ist ein eine Servovorrichtung 5 in Form eines Elektromotors vorgesehen, über den in Abhängigkeit des Lenk- bzw. Handmoments M_H ein Unterstützungsmoment M_U erzeugt wird, um dem Fahrer beim Lenken zu unterstützen. An der Lenkung kommen beide Momente zur Wirkung. Da die Unterstützung kontinuierlich und stetig erfolgt, ist diese an der Lenkungshandhabe 2 nicht fühlbar. Die Lenkungshandhabe 2 ist vorliegend als Lenkrad ausgeführt. Jedoch können auch andere Eingabemittel zur Einleitung eines fahrerseitigen Lenkbefehls vorgesehen sein.
Das Lenk- bzw. Handmoment M_H wird mit einem Drehmomentsensor 6 erfasst, der vorzugsweise an der Lenksäule 3 angebracht ist. Mittels einer in einem Lenkungssteuergerät 7 abgelegten Zuordnungsvorschrift, die im Folgenden als Unterstützungskennlinie 8 bezeichnet wird, wird zu dem jeweiligen Handmoment M_H ein Stellsignal s_U für die Servovorrichtung 6 generiert. Über die Unterstützungskennlinie, die gegebenenfalls weiterhin von der Fahrgeschwindigkeit v sowie weiteren Fahrzeugparametern abhängt, lässt sich das Ausmaß der Lenkunterstützung vorgeben.
In das Steuergerät 7 der Lenkung ist ein nicht näher dargestellter Regelkreis implementiert, mit dem das vom Fahrer vorgegebene Lenkmoment bezüglich der Servounterstützung und des Lenkwinkel geregelt werden. Hierzu können geeignete Winkelsensoren z. B. an der Lenksäule 3 und/oder an dem Elektromotor vorgesehen sein, deren Signale dem Steuergerät 7 übermittelt werden.
Weiterhin ist ein System zur Erzeugung einer dynamischen Lenkempfehlung vorgesehen, welche in einer stabilitätskritischen Fahrsituation dem Fahrer ein an der Lenkungshandhabe einen Lenkhinweis zur Stabilisierung des Fahrzeugs vermittelt. Die Lenkempfehlung bzw. das über die Servovorrichtung 5 an der Lenkungshandhabe 2 entsprechend zur Wirkung gebrachte Zusatzmoment ist dabei so ausgelegt, dass dieses vom Fahrer zu jeder Zeit überstimmt werden kann. Mit der Lenkempfehlung soll dem Fahrer lediglich ein fühlbarer Hinweis für ein in einer stabilitätskritischen Fahrsituation richtiges Verhalten gegeben werden.
Ein die Lenkempfehlung repräsentierendes Signal S_E wird anhand von erfassten Fahrzeugparametern ermittelt. Die Generierung dieses Signals kann in das Lenkungssteuergerät 7 oder in eine externe Einrichtung wie ein Bremsensteuergerät 9 oder eine andere Recheneinrichtung implementiert sein. Für die Erkennung einer stabilitätskritischen Fahrsituation kann dabei auf die Erkennungs- und Failsafe-Algorithmen des elektronischen Stabilitätsprogramms zurückgegriffen werden, das u. a. Fahrzeugdaten wie den Lenkwinkel δ, die Gierrate ω, die Raddrehzahlen n_i, die Fahrzeugquerbeschleunigung a_y und die Fahrgeschwindigkeit v ausließt. Das die Lenkempfehlung repräsentierende Signal s_E wird in die Ermittlung des Stellsignals s_U für die Servovorrichtung 5 miteinbezogen, mit dem ein Unterstützungsmoment M_U in Abhängigkeit des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments M_H erzeugt wird. Wird über die Servovorrichtung 5 der Lenkung 1 ein Zusatzmoment als Lenkempfehlung erzeugt, so ist dieser Momentenoffset an der Lenkungshandhabe 2 spürbar.
Die vorstehend erläuterte Lenkung 1 weist weiterhin eine Einrichtung 10 zur Stabilisierung des Kraftfahrzeugs bei einem abrupten Lenkmomentabfall auf, wie er bei einem plötzlichen Haftreibungsverlust während des Durchfahrens einer Kurve auftritt. Ohne zusätzliche Maßnahmen besteht die Gefahr, dass der Fahrer, sofern dieser nicht schnell genug reagiert, die Lenkungshandhabe 2 verreißt, wodurch das Fahrzeug ins Schleudern geraten kann. Um die Gefahr einer solchen stabilitätskritischen Situation zu verringern und einen frühzeitigen Eingriff des elektronischen Stabilitätsprogramms möglichst zu vermeiden, ist vorgesehen, einen Haftreibungsverlust anhand charakteristischer Fahrzustandsparametern zu erkennen und durch eine temporäre Verminderung des Unterstützungsmoments der Servovorrichtung 5 ein Verreißen der Lenkungshandhabe 2 zu verhindern, d. h. plötzliche Bewegungen der Lenkungshandhabe 2 zu dämpfen oder im wesentlichen vollständig zu kompensieren.
Die Stabilisierungseinrichtung 10 umfasst Erkennungsmittel 11, welche anhand von am Fahrzeug ohnehin vorhandenen Fahrzeugparametern einen abrupten Lenkmomentabfall feststellen. Hierzu können beispielsweise das Lenkmoment, die Querbeschleunigung, der Lenkwinkel und die Lenkwinkelbeschleunigung ausgewertet werden. Es ist jedoch auch denkbar, auf andere Parameter zuzugreifen, welche für einen Haftreibungsabfall während des Durchfahrens einer Kurve charakteristisch sind.
Die Stabilisierungseinrichtung 10 ist vorzugsweise in das Lenkungssteuergerät 7 implementiert, kann jedoch auch an anderer Stelle, beispielsweise im Bremssteuergerät 8 oder einer anderen Recheneinrichtung vorgesehen sein. Ferner ist es möglich, die Funktion der Stabilisierungseinrichtung 10 softwaretechnisch in das elektronische Stabilitätsprogramm oder in die Bereitstellung des Stellsignals für die dynamische Lenkungsempfehlung zu integrieren.
Beispielsweise kann dann auf einen abrupten Lenkmomentabfall geschlossen werden, wenn bei abnehmendem Lenkmoment M_H und abnehmender Querbeschleunigung a_y der Lenkwinkel δ und die Lenkwinkelbeschleunigung ∂²δ/∂t₂ zunehmen und gleichzeitig der Lenkwinkel δ ungleich Null ist.
Wird ein solcher Zustand erkannt, wird die Servovorrichtung 5 durch das Lenkungssteuergerät 7 derart angesteuert, dass das von der Servovorrichtung 5 in Abhängigkeit des Lenkbefehls bereitgestellte Unterstützungsmoments M_U reduziert wird.
Hierzu kann beispielsweise in Abhängigkeit der vorstehend genannten Parameter in einer Signalgenerierungseinheit 12 der Stabilisierungseinrichtung 10 ein Steuersignal s_S generiert werden, das dem Stellsignal s_U für die Servovorrichtung 5 aufgeschaltet wird. Das Steuersignal s_S kann auch eingangsseitig, das heißt vor der Berechnung des Stellsignals s_U aufgeschaltet sein. Ferner ist es möglich, mittels des Steuersignals s_S die Berechnungsvorschriften für die Ermittlung des Stellsignals s_U aus dem das Handmoment M_H repräsentierenden Signal S_H temporär zu verändern, um das Unterstützungsmoment M_U zu verringern.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Insbesondere kann das vorstehend erläuterte Prinzip auch bei hydraulischen Servolenkungen zum Einsatz kommen.

1: Lenkung
2: Lenkungshandhabe (z. B. Lenkrad)
3: Lenksäule
4: Lenkgetriebe
5: Servovorrichtung (z. B. Elektromotor)
6: Lenkmomentsensor (Handmomentsensor)
7: Lenkungssteuergerät
8: Unterstützungskennlinie
9: Bremsensteuergerät
10: Stabilisierungseinrichtung
11: Erkennungsmittel
12: Signalgenerierungseinheit
a_y: Querbeschleunigung
n_i: Raddrehzahl
s_E: Signal der Lenkempfehlung
S_H: Signal des Handmoments M_H
s_S: Steuersignal
s_U: Stellsignal
v: Fahrgeschwindigkeit
M_H: fahrerseitiges Handmoment
M_U: Unterstützungsmoment
δ: Lenkwinkel
ω: Gierrate

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 10141425 B4 [0005]

Claims

Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs bei einem abrupten Lenkmomentabfall, wobei das Kraftfahrzeug mit einer frei ansteuerbaren elektrischen oder hydraulischen Servovorrichtung (5) sowie einem elektronischen Stabilitätsprogramm ausgestattet ist, welches geeignet ist, durch eine individuelle Radbremsenansteuerung eine Stabilisierung des Fahrzeugs zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines abrupten Lenkmomentabfalls das Unterstützungsmoment der Servovorrichtung zurückgenommen wird.
Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen abrupten Lenkmomentabfall geschlossen wird, wenn bei abnehmendem Lenkmoment und abnehmender Querbeschleunigung der Lenkwinkel und die Lenkwinkelbeschleunigung zunehmen und der Lenkwinkel ungleich Null ist.
Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterstützungsmoment soweit zurückgenommen wird, dass eine Verstellung einer Lenkungshandhabe (2) zur fahrerseitigen Eingabe eines Lenkbefehls gedämpft wird.
Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterstützungsmoment soweit zurückgenommen wird, dass eine Verstellung einer Lenkungshandhabe (2) zur fahrerseitigen Eingabe eines Lenkbefehls kompensiert wird.
Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausbrechen des Fahrzeugs das elektronische Stabilitätsprogramm einen Radbremseneingriff zur Stabilisierung des Fahrzeugs veranlasst.
Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausbrechen des Fahrzeugs durch eine Modifikation des durch die Servovorrichtung erzeugten Unterstützungsmoments ein Zusatzmoment erzeugt wird, das an der Lenkungshandhabe als dynamische Lenkempfehlung fühlbar ist und die Richtung vorgibt, in die die Lenkungshandhabe zur Stabilisierung des Fahrzeugs zu bewegen ist.
Servolenkung für ein Kraftfahrzeug, das mit einem elektronischen Stabilitätsprogramm ausgestattet ist, umfassend: eine Lenkungshandhabe (2) zur Einleitung eines fahrerseitigen Lenkbefehls, ein Lenkgetriebe (4) zur Lenkbetätigung der Fahrzeugräder, das mit der Lenkungshandhabe (2) mechanisch gekoppelt ist, eine frei ansteuerbare hydraulische oder elektrische Servovorrichtung (5) zur Einleitung eines Unterstützungsmoments in die Lenkung, und ein Lenkungssteuergerät (7), das in Abhängigkeit des fahrerseitigen Lenkbefehls die Servovorrichtung (5) zur Erzeugung eines Unterstützungsmoments ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stabilisierungseinrichtung (10) vorgesehen ist, die anhand von im Zusammenhang mit dem elektronischen Stabilitätsprogramm erfassten Fahrzeugparametern einen abrupten Lenkmomentabfall erkennt und in einem solchen Fall die Servovorrichtung derart ansteuert, dass das von dieser in Abhängigkeit des Lenkbefehls bereitgestellte Unterstützungsmoment reduziert wird.
Servolenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungseinrichtung (10) derart konfiguriert ist, dass auf einen abrupten Lenkmomentabfall geschlossen wird, wenn bei abnehmendem Lenkmoment und abnehmender Querbeschleunigung der Lenkwinkel und die Lenkwinkelbeschleunigung zunehmen und der Lenkwinkel ungleich Null ist.
Servolenkung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungseinrichtung (10) derart konfiguriert ist, dass das Unterstützungsmoment soweit zurückgenommen wird, dass eine Verstellung einer Lenkungshandhabe zur fahrerseitigen Eingabe eines Lenkbefehls gedämpft wird.
Servolenkung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungseinrichtung (10) derart konfiguriert ist, dass das Unterstützungsmoment soweit zurückgenommen wird, dass eine Verstellung einer Lenkungshandhabe zur fahrerseitigen Eingabe eines Lenkbefehls kompensiert wird.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausbrechen des Fahrzeugs das elektronische Stabilitätsprogramm einen Radbremseneingriff zur Stabilisierung des Fahrzeugs veranlasst.
Servolenkung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausbrechen des Fahrzeugs durch eine Modifikation des durch die Servovorrichtung erzeugten Unterstützungsmoments ein Zusatzmoment erzeugt wird, das an der Lenkungshandhabe (2) als dynamische Lenkempfehlung fühlbar ist und die Richtung vorgibt, in die die Lenkungshandhabe (2) zur Stabilisierung des Fahrzeugs zu bewegen ist.