-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Soll-Lenkmoments für ein Lenkmittel einer elektrischen Servolenkvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, wobei wenigstens eine Funktionskomponente bestimmt wird, in deren Abhängigkeit das Soll-Lenkmoment bestimmt wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Steuergerät, welches zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist und ein Computerprogramm, um das Verfahren auszuführen.
-
Ein derartiges Verfahren ist aus der
DE 10 2009 000 638 A1 bekannt. Dabei soll für SbW(Steer-by-Wire)-Systeme und EPS(Electric Power Steering)-Systeme mit einem Regelungskonzept zur Regelung des Lenkmoments ein Lenkgefühl durch Erzeugen eines Soll-Lenkmoments realisiert werden, das an unterschiedliche Lenkungen bzw. Fahrzeugtypen oder Anforderungen anpassbar ist und bei dem das sich ergebende Lenkgefühl in allen Fahrzuständen und Fahrsituationen ein gleichwertiges oder verbessertes Lenkgefühl im Vergleich zu heute am Markt befindlichen hydraulischen und elektromechanischen Lenksystemen aufweist, realisiert werden.
-
EPS-Systeme bieten die Möglichkeit, durch Überlagerung von Lenkmomenten den Fahrer eines Kraftfahrzeugs in kritischen Situationen zu unterstützen. Eine derartige Situation besteht beim Beschleunigen bzw. Bremsen bei unterschiedlichen Straßenreibwerten. Bei unterschiedlichen Reibwerten auf der linken und rechten Fahrzeugseite spricht man von einem sogenannten μ-Split-Fall. Eine derartige Situation kann sich beispielsweise im Winter ergeben, wenn auf der rechten Fahrbahnseite Schnee und/oder Eis vorhanden ist, während in der Fahrbahnmitte der Asphalt bereits trocken ist. Wird das Kraftfahrzeug nun ohne besondere antriebs- und/oder bremstechnische Vorkehrungen beschleunigt oder verzögert, neigt das Kraftfahrzeug dazu, beim Beschleunigen eine Gierbewegung in Richtung des niedrigeren Reibwerts und beim Verzögern in Richtung des höheren Reibwerts durchzuführen.
-
Aus der Praxis ist es bekannt, den Fahrer des Kraftfahrzeugs durch eine Addition eines zusätzlichen Lenkmoments bei derartigen kritischen Situationen zu unterstützen. Durch eine solche einfache Addition eines zusätzlichen Lenkmoments zur Unterstützung des Fahrers bei μ-Split-Zuständen kann jedoch das in elektrischen Servolenkvorrichtungen üblicherweise durch ein Soll-Lenkmoment ermittelte und am Lenkrad angelegte Soll-Handmoment unter Umständen negativ beeinflusst werden. Das Grundlenkgefühl in einer elektrischen Servolenkung ergibt sich in der Regel aus mehreren Einzelkomponenten. Diese Einzelkomponenten sind Module die einerseits abhängig von der Zahnstangenkraft Lenkmomentanteile generieren. Andererseits gibt es Module, die winkelbasiert durch Generierung entsprechender Lenkmomentanteile für eine Rückstellung des Lenkrads in die Mitte sorgen. Zudem gibt es Module, die in Abhängigkeit der Lenkwinkelgeschwindigkeit einen dämpfenden Lenkmomentanteil erzeugen. Betrachtet man nun den μ-Split-Fall, so ist der Betrag der Zahnstangenkraft in der Regel sehr gering. Der Einfluss der winkelbasierten Momentenanteile ist hingegen relativ groß und wirkt zentrierend. Für die Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs ist beispielsweise beim Bremsen im μ-Split-Fall aufgrund der entstehenden Gierbewegung durch unterschiedliche Bremsmomente an der linken und rechten Fahrzeugseite ein Korrekturlenkwinkel vonnöten. Dies wiederum hat allerdings zur Folge, dass sich aufgrund des Lenkwinkels auch ein Moment ergibt, um das Lenkrad zurück in die Mitte zu stellen. In einer derartigen Situation muss der Fahrer also gegen dieses Moment lenken. Ein zusätzlich addiertes Lenkmoment im μ-Split-Fall agiert sozusagen gegen das gewünschte Grundlenkgefühl und sollte daher auch entsprechend dem aktuell anliegenden Niveau nachgeführt werden.
-
Ausgehend von diesen Überlegungen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit welchem der Fahrer in einer μ-Split-Situation in einfacher und komfortabler Weise unterstützt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einer Situation, in der das Kraftfahrzeug eine Fahrbahn mit unterschiedlichen Reibwerten zwischen der rechten und linken Seite des Kraftfahrzeugs befährt, besonders in einer μ-Split-Situation, zur Kompensation einer dadurch bedingten Gierbewegung des Kraftfahrzeugs eine entsprechende Modifikation des Soll-Lenkmoments mittels einer Modifikation wenigstens einer Eingangsgröße, einer Modifikation wenigstens einer Ausgangsgröße und/oder einer Modifikation wenigstens einer internen Größe, der wenigstens einen Funktionskomponente zur Bestimmung des Soll-Lenkmoments durchgeführt wird.
-
Durch diese Maßnahmen kann in einer μ-Split-Situation der Fahrer auch ohne Addition eines zusätzlichen Soll-Lenkmoments durch die Änderung des grundlegenden Lenkmoments unterstützt werden. Hierzu können die Eingangsgrößen der das Lenkmoment generierenden Module in einfacher und vorteilhafter Weise modifiziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Ausgang bzw. können die Ausgangsgrößen der das Lenkmoment generierenden Module modifiziert, insbesondere verstärkt werden. Die Modifikation kann beispielsweise eine Multiplikation mit einem Faktor umfassen. Alternativ oder zusätzlich können auch interne Größen der das Lenkmoment generierenden Module, insbesondere auf Basis zusätzlicher Schnittstellen, modifiziert werden. Als interne Größen kommen insbesondere interne Applikationsparameter oder Funktionsparameter in Betracht. Das Ändern derartiger Parameter kann z. B. ein Umschalten bei einer μ-Split-Situation auf einen externen Wert, eine Auswahl einer bestimmten Kennlinie, eine Veränderung eines Faktors in einem internen Produkt oder dergleichen bewirken.
-
Eine Erkennung bzw. Detektion einer μ-Split-Situation kann durch weitere Fahrzeugsysteme, wie beispielsweise ABS oder ESP, erfolgen.
-
Die wenigstens eine Funktionskomponente kann ein Basislenkmoment, ein Dämpfungsmoment und/oder ein Mittenmoment umfassen, wobei das Mittenmoment ein Mittengefühl und/oder einen aktiven Rücklauf umfasst.
-
Sehr vorteilhaft ist es, wenn zur Modifikation des Soll-Lenkmoments das Basislenkmoment und/oder das Mittenmoment modifiziert wird.
-
Dadurch kann zum Einen die grundsätzliche Basisunterstützung beeinflusst werden, beispielsweise durch Modifikation der Zahnstangenkraft und/oder durch Modifikation der winkelabhängigen Komponenten.
-
Die wenigstens eine Eingangsgröße kann somit die Zahnstangenkraft sein.
-
Alternativ oder zusätzlich kann die wenigstens eine Eingangsgröße der aktuelle Lenkradwinkel oder eine Lenkradwinkeldifferenz zwischen dem aktuellen Lenkradwinkel und einem Ziellenkradwinkel sein. Die Eingangsgröße kann somit eine Lenkradwinkeldifferenz zwischen dem aktuellen Lenkradwinkel und dem Ziellenkradwinkel sein, wobei in Abhängigkeit dieser Differenz ein entsprechendes Moment generiert wird, um diese zu reduzieren. Liegt keine Lenkradwinkeldifferenz vor, ergibt sich auch kein Lenkmoment. Bei normaler Fahrt, wenn keine μ-Split-Situation vorliegt, ist der Ziellenkradwinkel 0 Grad, was dem Lenkradwinkel bei normaler Geradeausfahrt entspricht. In einer μ-Split-Situation kann das Lenkgefühl durch die reine Vorgabe eines Ziellenkradwinkels in positiver Weise beeinflusst werden.
-
Der Ziellenkradwinkel kann auf Basis einer Gierratendifferenz zwischen einer gemessenen aktuellen Gierrate und einer Referenzgierrate, die ein Nominalverhalten des Kraftfahrzeugs wiedergibt bzw. einem Nominalverhalten zugeordnet ist, berechnet werden.
-
Dies wird nachstehend anhand einer μ-Split-Bremsung bei Geradeausfahrt näher erläutert, wobei auf der linken Fahrzeugseite ein hoher Reibwert vorliegt. Durch das Bremsen erfährt das Kraftfahrzeug eine Gierbewegung in positiver Richtung, also nach links. Durch die Geradeausfahrt ist der Lenkradwinkel gleich null und somit auch die Referenzgierrate. Berechnet man nun den Ziellenkradwinkel als Differenz aus Soll-Gierrate minus Ist-Gierrate, so ergibt sich ein negativer Soll-Lenkradwinkel. Wird dieser Ziellenkradwinkel nun zur Differenzbildung am Eingang für die winkelbasierten Lenkfunktionen verwendet, so ergibt sich ein Moment in Richtung dieses Ziellenkradwinkels, d. h. es baut sich ein positives Lenkmoment auf. Durch dieses Lenkmoment wird eine Lenkbewegung nach rechts unterstützt. Aufgrund einer entsprechenden nach rechts gerichteten Korrekturbewegung des Lenkrades, bewegt sich das Kraftfahrzeug geradeaus. Betrachtet man nun erneut die Gierratendifferenz, so ist nun die Ist-Gierrate gleich null und die Soll-Gierrate negativ aufgrund des negativen Lenkradwinkels. Durch die Differenzbildung ergibt sich erneut ein negativer Ziellenkradwinkel.
-
Durch eine Modifikation der Gierratendifferenz mit einem vorgegebenen Faktor kann der Ziellenkradwinkel in vorteilhafter Weise so gewählt werden, dass er dem erforderlichen Radlenkwinkel entspricht, um das Kraftfahrzeug beim Bremsen oder Beschleunigen in der Geradeausfahrt zu halten. Dies hat zur Folge, dass die Lenkmomentenanteile trotz eines erheblichen Lenkradwinkels praktisch gleich null sind. Das Lenkmomentenniveau ist somit erheblich geringer als ohne Modifikation des Lenkradwinkels.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise bei einem Beschleunigungsvorgang und/oder einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden.
-
Zusätzlich zur Änderung des Lenkradwinkels kann es sinnvoll sein, weitere Funktionskomponenten während einer μ-Split-Lenkmomentenempfehlung zu beeinflussen. Beispielsweise kann es sehr vorteilhaft sein, dämpfende Funktionskomponenten zu modifizieren, insbesondere deren Wirkung zu reduzieren.
-
In Anspruch 9 ist ein Steuergerät zur Steuerung oder Regelung einer elektrischen Servolenkvorrichtung in einem Kraftfahrzeug angegeben, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Form eines Computerprogramms realisiert sein, welches auf dem Steuergerät und insbesondere auf einem Mikroprozessor des Steuergeräts ablauffähig ist und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert ist. Das Computerprogramm ist vorzugsweise auf einem Speicherelement abgespeichert. Als Speicherelement kann insbesondere ein optisches, elektrisches oder magnetisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Random-Access-Speicher, ein Read-Only-Speicher, ein Flashspeicher, eine Festplatte, eine Digital Versatile Disk (DVD) oder dergleichen.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend ist anhand der Zeichnung prinzipmäßig ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
-
Es zeigen:
-
1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines elektrischen Servolenksystems eines Kraftfahrzeugs;
-
2 eine stark vereinfachte schematische Darstellung zur Verdeutlichung einer μ-Split-Situation eines Kraftfahrzeugs;
-
3 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Funktionalität zur Bestimmung eines Soll-Lenkmoments gemäß dem Stand der Technik; und
-
4 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Funktionalität zur Bestimmung eines Soll-Lenkmoments.
-
1 zeigt ein elektrisches Servolenksystem 1 (Electric Power Steering/EPS) eines Kraftfahrzeugs 13 (siehe 2). Das elektrische Servolenksystem 1 weist ein als Lenkrad 2 ausgebildetes Lenkmittel auf. Das Lenkrad 2 ist über eine Gelenkwelle 3 mit einem Lenkgetriebe 4 verbunden. Das Lenkgetriebe 4 dient dazu, einen Drehwinkel der Gelenkwelle 3 in einen Lenkwinkel δFm von lenkbaren Rädern 5a, 5b des Kraftfahrzeugs 13 umzusetzen. Durch das Lenkrad 2 wird ein Lenkradwinkel δS als Maß für einen gewünschten Radlenkwinkel δFm der lenkbaren Räder 5a, 5b des Kraftfahrzeugs 13 vorgegeben. Das Lenkgetriebe 4 weist eine Zahnstange 6 und ein Ritzel 7 auf, welches an die Gelenkwelle 3 angreift. Die in der Zahnstange wirkende Kraft ist mit FZ bezeichnet. Das elektrische Servolenksystem 1 weist des Weiteren einen elektrischen Servoantrieb 8 mit einem Elektromotor 9 auf, welcher über ein nicht dargestelltes Getriebe an der Gelenkwelle 3 der Bereitstellung einer variablen Momentenunterstützung dient (sogenannte Column-EPS). Selbstverständlich kann der Servoantrieb 8 in weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen auch an dem Ritzel 7 (sogenannte Pinion-EPS) oder parallel zur Zahnstange 6 (sogenannte Rack-EPS) angreifen. Der Elektromotor 9 weist auch ein Leistungsteil 10 auf und wird über ein elektronisches Steuergerät bzw. ein Motorsteuergerät 11 gesteuert. Des Weiteren ist ein Lenkmomentsensor 12 zur Erfassung des Lenkmoments ML vorgesehen.
-
2 zeigt eine μ-Split-Situation des Kraftfahrzeugs 13. Dabei befährt das Kraftfahrzeug 13 eine Fahrbahn 14. Die Fahrbahn 14 wird auf der linken Seite durch den Mittelstreifen 14a und auf der rechten Seite durch den Fahrbahnrand 14b begrenzt. Auf der linken Seite bzw. der Fahrerseite des Kraftfahrzeugs 13 weist die Fahrbahn 14 einen höheren Reibwert μl und auf der rechten Seite bzw. der Beifahrerseite des Kraftfahrzeugs 13 weist die Fahrbahn 14 einen davon abweichenden niedrigeren Reibwert μr (durch Schraffierung angedeutet) auf. Die Räder 5a, 5c des Kraftfahrzeugs 13 befahren nun den Fahrbahnbereich mit dem Reibwert μl, während die Räder 5b, 5d des Kraftfahrzeugs 13 den Fahrbahnbereich mit dem Reibwert μr befahren. Dadurch kann es bei einem Beschleunigungsvorgang und/oder einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs zu einer unerwünschten Gierbewegung des Kraftfahrzeugs 13 kommen. Das Kraftfahrzeug 13 neigt dazu, beim Beschleunigen eine Gierbewegung in Richtung des niedrigeren Reibwerts μr und beim Verzögern in Richtung des höheren Reibwerts μl durchzuführen.
-
In
3 ist ein stark vereinfachtes Blockschaltbild eines bekannten Verfahrens zur Bestimmung eines Soll-Lenkmoments M
Lsoll für das Lenkrad
2 der elektrischen Servolenkvorrichtung
1 in dem Kraftfahrzeug
13 dargestellt. Dabei werden anhand von Eingangsgrößen v
x, δ
S, δ .
S und F
Z Funktionskomponenten
15,
16 und
17 bestimmt, in deren Abhängigkeit in einer Additionskomponente
18 das Soll-Lenkmoment M
Lsoll bestimmt wird. Die Bestimmung des Soll-Lenkmoments M
Lsoll ist vorliegend nur schematisch dargestellt bzw. vereinfacht beschrieben. Zu näheren Details wird auf die eingangs erwähnte
DE 10 2009 000 638 A1 verwiesen. Als Funktionskomponente ist ein Basislenkmoment mit dem Bezugszeichen
15, ein Mittenmoment bzw. ein aktiver Rücklauf mit dem Bezugszeichen
16 und ein Dämpfungsmoment mit dem Bezugszeichen
17 versehen. Der aktive Rücklauf
16 stellt ein Zentrier- bzw. Rückstellmoment des Lenkrades
2 in der Mitte zur Verfügung. Das Basislenkmoment
15 erhält als Eingangsgröße die Zahnstangenkraft F
Z und die Fahrzeuggeschwindigkeit v
x. Das Mittenmoment
16 erhält als Eingangsgröße den Lenkradwinkel δ
S bzw. eine den Lenkradwinkel δ
S charakterisierende Größe oder eine Lenkradwinkeldifferenz zwischen dem aktuellen Lenkradwinkel δ
S und einem Ziellenkradwinkel sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit v
x. Selbstverständlich erhalten die Funktionskomponenten
15,
16 und
17 noch weitere Eingangssignale (in
3 durch Punkte angedeutet), welche aber der Einfachkeit halber nicht näher dargestellt sind. Das Dämpfungsmoment
17 erhält als Eingangsgröße ebenfalls die Fahrzeuggeschwindigkeit v
x sowie die Lenkradwinkelgeschwindigkeit als δ .
S.
-
Bei dem in 4 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des Soll-Lenkmoments MLsoll für das Lenkrad 2 der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 in dem Kraftfahrzeug 13, wird nun in einer Situation in der das Kraftfahrzeug 13 die Fahrbahn 14 mit unterschiedlichen Reibwerten μl, μr zwischen der rechten und linken Seite des Kraftfahrzeugs 13 befährt, insbesondere der μ-Split-Situation, zur Kompensation einer dadurch bedingten Gierbewegung des Kraftfahrzeugs 13 eine entsprechende Modifikation des Soll-Lenkmoments MLsoll' mittels einer Modifikation wenigstens einer der Eingangsgrößen FZ, δS wenigstens einer der Funktionskomponenten 15', 16' und 17' durchgeführt. Die modifizierten Eingangsgrößen sind mit FZ' und δS' bezeichnet.
-
Zur Modifikation des Soll-Lenkmoments MLsoll' wird vorliegend das Basislenkmoment 15', das Mittenmoment 16' und/oder das Dämpfungsmoment 17' modifiziert. Als Eingangsgröße kann die Zahnstangenkraft FZ und/oder der aktuelle Lenkradwinkel δS oder eine Lenkradwinkeldifferenz δS' zwischen dem aktuellen Lenkradwinkel δS und einem Ziellenkradwinkel δSZiel, welche in einem Funktionsblock 19 berechnet wird, modifiziert werden. Der Ziellenkradwinkel δSZiel kann auf Basis einer Gierratendifferenz zwischen einer gemessenen aktuellen Gierrate und einer Referenzgierrate, die einem Nominalverhalten des Kraftfahrzeugs 13 zugeordnet ist, berechnet werden. Durch eine Multiplikation der Gierratendifferenz mit einem vorgegebenen Faktor kann der Ziellenkradwinkel δSZiel so gewählt werden, dass er dem erforderlichen Radlenkwinkel δFm entspricht, um das Kraftfahrzeug 13 in der Geradeausfahrt zu halten.
-
Alternativ oder zusätzlich kann auch der Ausgang bzw. können die Ausgangsgrößen der das Lenkmoment generierenden Module 15', 16' und 17' modifiziert, insbesondere verstärkt werden. Die Modifikation kann beispielsweise eine Multiplikation mit Faktoren P1.1, P2.1 und P3.1 umfassen (in 4 gestrichelt angedeutet).
-
Alternativ oder zusätzlich können auch interne Größen der das Lenkmoment generierenden Module 15', 16' und 17', insbesondere auf Basis zusätzlicher Schnittstellen, modifiziert werden. Als interne Größen kommen insbesondere interne Applikationsparameter oder Funktionsparameter P1.2, P2.2 und P3.2 in Betracht (in 4 ebenfalls gestrichelt angedeutet). Das Ändern derartiger Parameter P1.2, P2.2 und P3.2 kann z. B. ein Umschalten bei einer μ-Split-Situation auf einen externen Wert, eine Auswahl einer bestimmten Kennlinie, eine Veränderung eines Faktors in einem internen Produkt oder dergleichen bewirken.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei einem Beschleunigungsvorgang und/oder einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs 13 durchgeführt werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Form eines Computerprogramms realisiert sein, welches auf dem Steuergerät 11 und insbesondere auf einem Mikroprozessor des Steuergeräts 11 ablauffähig ist, welches zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert ist. Das Computerprogramm ist vorzugsweise auf einem Speicherelement abgespeichert. Als Speicherelement kann insbesondere ein optisches, elektrisches oder magnetisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Random-Access-Speicher, ein Read-Only-Speicher, ein Flashspeicher, eine Festplatte oder eine Digital Versatile Disk (DVD).
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- elektrisches Servolenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Gelenkwelle/Lenksäule
- 4
- Lenkgetriebe
- 5a–5d
- Räder
- 6
- Zahnstange
- 7
- Ritzel
- 8
- elektrischer Servoantrieb
- 9
- Elektromotor
- 10
- Leistungsteil
- 11
- elektronisches Steuergerät
- 12
- Lenkmomentsensor
- 13
- Kraftfahrzeug
- 14
- Fahrbahn
- 14a
- Mittelstreifen
- 14b
- Fahrbahnrand
- 15, 15'
- Basislenkmoment, modifiziertes Basislenkmoment
- 16, 16'
- Mittenmoment, modifiziertes Mittenmoment
- 17, 17'
- Dämpfungsmoment, modifiziertes Dämpfungsmoment
- 18
- Additionskomponente
- 19
- Funktionsblock
- μl
- Reibwert links
- μr
- Reibwert rechts
- FZ
- Zahnstangenkraft
- δS
- Lenkradwinkel
- δ .S
- Lenkradwinkelgeschwindigkeit
- δSZiel
- Ziellenkradwinkel
- MLSoll
- Soll-Lenkmoment
- MLSoll'
- modifiziertes Soll-Lenkmoment
- δFm
- Radlenkwinkel
- vx
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- P1.1–P3.1
- Faktoren
- P1.2–P3.2
- Funktionsparameter
-
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 102009000638 A1 [0002, 0029]
