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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs nach dem Obergriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Servolenkung für ein mit einem elektronischen Stabilitätsprogramm ausgestattetes Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
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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.
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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.
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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.
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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. Dabei wird das Zusatzmoment mittels eines ersten Faktors und dem Schwimmwinkel und mittels eines zweiten Faktors und der Giergeschwindigkeit und mittels eines dritten Faktors und der Gierbeschleunigung gebildet, wobei das Zusatzmoment die Richtung vorgibt, in die das Lenkrad zu drehen ist, um diejenige Lenkradstellung zu erreichen, die einer der Stabilisierung des aktuellen Fahrzustandes dienenden Radstellung der lenkbaren Fahrzeugräder entspricht.
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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.
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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.
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Aus der
DE 10 2006 011 921 A1 ist eine Vorrichtung zum Dämpfen von Untersteuerung für ein Fahrzeug bekannt, dass eine elektrische Lenkeinrichtung zum Dämpfen der Steuerung aufweist, wenn das Fahrzeug sich in einem Untersteuerungszustand befindet. Zudem ist eine Alarmeinrichtung zum Informieren des Fahrers, dass sich das Fahrzeug in dem Untersteuerungszustand befindet, und eine Bremskraft-Verteilungseinrichtung zum Erzeugen eines Moments des Fahrzeugs durch Anwenden von Bremskräften unterschiedlich voneinander auf das linke und rechte Rad vorgesehen. Wenn der Untersteuerungsgrad ansteigt, sollen die elektrische Lenkeinrichtung, die Alarmeinrichtung und die Bremskraft-Verteilungseinrichtung in dieser Reihenfolge betätigt werden. Wenn außerdem die Gierratenabweichung vergrößert wird, d. h., der Untersteuerungsgrad vergrößert wird, erzeugt die elektrische Lenkeinrichtung eine größere Reaktionskraft, um die Lenkung und die Untersteuerung zu dämpfen.
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Die
DE 10 2006 034 381 A1 betrifft einen Fahrzeugregler zum Stabilisieren eines Fahrzeugs in einer fahrdynamischen Grenzsituation, insbesondere wenn das Fahrzeug über- oder untersteuert. Der aktuelle Fahrzustand des Fahrzeugs kann effektiv und kostengünstig überwacht werden, wenn der Fahrzeugregler einen in der Lenkung angeordneten Drehmomentsensor umfasst, dessen Signal von einer Einheit ausgewertet wird, die auf Grundlage des Sensorsignals ein Über- oder Untersteuern des Fahrzeugs erkennt. Es soll ein automatischer Stelleingriff mittels der Radbremsen und/oder der Lenkung ausgelöst werden, wenn eine vorgegebene Auslöseschwelle überschritten wird.
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Ein Verfahren zum Unterstützen des Fahrers eines Kraftfahrzeugs in fahrdynamischen Grenzsituationen, in denen das Fahrzeug übersteuert, ist in der
DE 103 54 662 A1 beschrieben. Um den Fahrer auf das richtige Lenkverhalten in Grenzsituationen hinzuweisen, wird mittels eines Stellers auf das Lenkrad ein Lenkmoment ausgeübt, so dass der Fahrer erkennen kann, in welche Richtung er lenken muss, um das Fahrzeug wieder zu stabilisieren. Die Erfindung setzt jedoch an einer anderen Stelle an und schlägt gemäß Patentanspruch 1 bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuges erfindungsgemäß vor, dass bei Erkennen eines abrupten Lenkmomentabfalls das Unterstützungsmoment der Servovorrichtung zurückgenommen wird. Auf einen abrupten Lenkmomentabfall wird geschlossen, wenn bei abnehmendem Lenkmoment und abnehmender Querbeschleunigung der Lenkwinkel und die Lenkwinkelbeschleunigung zunehmen und der Lenkwinkel ungleich Null ist.
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Hierdurch wird bereits einem Verreißen der Lenkungshandhabe 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.
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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.
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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.
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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.
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Die oben genannte Aufgabe wird zudem durch eine Servolenkung gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Servolenkung nach der Erfindung, und in
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2 eine schematische Ansicht der Verminderung des Unterstützungsmoments bei einem abrupten Lenkmomentabfall.
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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 MH über eine Lenksäule 3 und ein Lenkgetriebe 4 an den Fahrzeugrädern zur Wirkung gebracht wird. Weiterhin ist eine Servovorrichtung 5 in Form eines Elektromotors vorgesehen, über den in Abhängigkeit des Lenk- bzw. Handmoments MH ein Unterstützungsmoment MU erzeugt wird, um den 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.
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Das Lenk- bzw. Handmoment MH wird mit einem Lenkmomentsensor 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 MH ein Stellsignal sU für die Servovorrichtung 5 generiert. Über die Unterstützungskennlinie 8, die gegebenenfalls weiterhin von der Fahrgeschwindigkeit v sowie weiteren Fahrzeugparametern abhängt, lässt sich das Ausmaß der Lenkunterstützung vorgeben.
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In dem Lenkungssteuergerät 7 der Lenkung 1 ist ein nicht näher dargestellter Regelkreis implementiert, mit dem das vom Fahrer vorgegebene Lenkmoment MH bezüglich der Servounterstützung und des Lenkwinkels δ geregelt werden. Hierzu können geeignete Winkelsensoren z. B. an der Lenksäule 3 und/oder an dem Elektromotor (Servovorrichtung 5) vorgesehen sein, deren Signale dem Steuergerät 7 übermittelt werden.
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Weiterhin ist ein System zur Erzeugung einer dynamischen Lenkempfehlung vorgesehen, welche in einer stabilitätskritischen Fahrsituation dem Fahrer an der Lenkungshandhabe 2 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.
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Ein die Lenkempfehlung repräsentierendes Signal sE 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 ni, die Fahrzeugquerbeschleunigung ay und die Fahrgeschwindigkeit v ausließt. Das die Lenkempfehlung repräsentierende Signal sE wird in die Ermittlung des Stellsignals sU für die Servovorrichtung 5 miteinbezogen, mit dem ein Unterstützungsmoment MU in Abhängigkeit des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments MH erzeugt wird. Wird über die Servovorrichtung 5 der Lenkung 1 ein Zusatzmoment als Lenkempfehlung erzeugt, so ist dieser Momentenoffset an der Lenkungshandhabe 2 spürbar.
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Die vorstehend erläuterte Lenkung 1 weist weiterhin eine Stabilisierungseinrichtung 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 Fahrzustandsparameter 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.
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Die Stabilisierungseinrichtung 10 umfasst Erkennungsmittel 11, welche anhand von am Fahrzeug ohnehin vorhandenen Fahrzeugparametern einen abrupten Lenkmomentabfall feststellen. Hierzu können beispielsweise das Lenkmoment MH, die Querbeschleunigung ay, der Lenkwinkel δ und die Lenkwinkelbeschleunigung ∂2δ/∂t2 ausgewertet werden. Es ist jedoch auch denkbar, auf andere Parameter zuzugreifen, welche für einen Haftreibungsabfall während des Durchfahrens einer Kurve charakteristisch sind.
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Die Stabilisierungseinrichtung 10 ist vorzugsweise in das Lenkungssteuergerät 7 implementiert, kann jedoch auch an anderer Stelle, beispielsweise im Bremsensteuergerät 9 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.
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Auf einen abrupten Lenkmomentabfall kann geschlossen werden, wenn bei abnehmendem Lenkmoment MH und abnehmender Querbeschleunigung ay der Lenkwinkel δ und die Lenkwinkelbeschleunigung ∂2δ/∂t2 zunehmen und gleichzeitig der Lenkwinkel δ ungleich Null ist.
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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 MU reduziert wird.
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Hierzu kann beispielsweise in Abhängigkeit der vorstehend genannten Parameter in einer Signalgenerierungseinheit 12 der Stabilisierungseinrichtung 10 ein Steuersignal sS generiert werden, das dem Stellsignal sU für die Servovorrichtung 5 aufgeschaltet wird. Das Steuersignal sS kann auch eingangsseitig, das heißt vor der Berechnung des Stellsignals sU aufgeschaltet sein. Ferner ist es möglich, mittels des Steuersignals sS die Berechnungsvorschriften für die Ermittlung des Stellsignals sU aus dem das Handmoment MH repräsentierenden Signal sH temporär zu verändern, um das Unterstützungsmoment MU zu verringern.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 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
- av
- Querbeschleunigung
- ni
- Raddrehzahl
- SE
- Signal der Lenkempfehlung
- sH
- Signal des Handmoments MH
- sS
- Steuersignal
- sU
- Stellsignal
- v
- Fahrgeschwindigkeit
- MH
- fahrerseitiges Handmoment
- MU
- Unterstützungsmoment
- δ
- Lenkwinkel
- ω
- Gierrate