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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, ein Steuergerät und ein Verfahren zum Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen sein.
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Im Stand der Technik sind Steer-by-Wire-Lenksysteme bekannt, beispielsweise aus der
US 2020/0023889 A1 . Bei derartigen Lenksystemen ist eine vom Fahrer betätigbare Lenkhandhabe mechanisch von einem mit den Fahrzeugrädern verbundenen Lenkgetriebe entkoppelt. Das Lenkgetriebe umfasst typischerweise eine nach Maßgabe einer sensorisch erfassten Lenkhandhabebetätigung verlagerbare Zahnstange. Die Verlagerung der Zahnstange wird über einen Aktor (im Regelfall einen Elektromotor) bewirkt, der hierin als Fahrzeugradaktor bezeichnet wird. Die Zahnstange ist mit den Fahrzeugrädern gekoppelt, wobei eine lineare Verlagerung der Zahnstange in eine Verdrehung der Fahrzeugräder um eine im Wesentlichen vertikale Achse zum Einstellen eines Lenkwinkels umsetzbar ist.
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Aus Sicherheitsgründen ist es teilweise gewünscht, auch bei derartigen Lenksystemen eine mechanische Rückfallebene vorzusehen. Hierzu kann eine im störungsfreien Normalbetrieb unterbrochene mechanische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und der Zahnstange bereitgestellt werden. Ausschließlich im Störungsfall wird die mechanische Verbindung aufgebaut bzw. geschlossen. Dies erfolgt typischerweise über eine Kupplungseinrichtung, die im Störungsfall selektiv geschlossen wird. Dann kann die Lenkhandhabe über die selektiv hergestellte mechanische Verbindung auf die Zahnstange durchgreifen und vom Fahrer erzeugte Lenkmomente können mechanisch auf das Lenkgetriebe übertragen werden.
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Für das Betreiben von Lenksystemen und insbesondere Steer-by-Wire-Lenksystemen ist es in verschiedenen Zusammenhängen von Interesse, eine an der Zahnstange angreifende Zahnstangenkraft möglichst genau zu ermitteln. Beispielsweise entspricht diese Kraft einer vom Fahrer theoretisch wahrnehmbaren Kraft, falls dieser eine Lenkhandhabe mit mechanischer Verbindung zur Zahnstange aufweisen würde. Anders ausgedrückt stellt die Zahnstangenkraft ein Maß für die Fahrbahnrückmeldung dar, die aus Sicht des Fahrers ein natürliches Lenkgefühl vermittelt.
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Typischerweise wird deshalb anhand der ermittelten Zahnstangenkraft ein mit der Lenkhandhabe gekoppelter sogenannter Reaktionskraftaktor gesteuert, der ein vom Fahrer haptisch wahrnehmbares Rückkopplungsmoment erzeugt. Prinzipiell kann die Zahnstangenkraft sensorisch ermittelt werden. Dies ist aber mit hohen Kosten verbunden. Etabliert ist deshalb eine Zahnstangenkraftschätzung anhand anderer und insbesondere messtechnisch, per Modellbildung und/oder regelungstechnisch erfasster Größen. Beispielsweise kann die Zahnstangenkraft auf Basis derartiger Größen und unter Zuhilfenahme eines mathematischen Modells des Lenksystems ermittelt werden.
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Auch wenn hierfür wie in der einleitend genannten
US 2012/0023889 A1 bereits Ansätze existieren, besteht nach wie vor ein Bedarf dafür, Alternativen zur Zahnstangenkraftermittlung bereitzustellen, die sich insbesondere durch eine verbesserte Genauigkeit und/oder eine aufwandsarme Bestimmung auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die vorstehenden Ausführungen und Definitionen können auf die vorliegende Lösung ebenso zutreffen, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.
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Allgemein wurde erfindungsgemäß erkannt, dass bisherige Lösungen zur Zahnstangenkraftermittlung im Lenksystem wirksame Reibkräfte nicht ausreichend präzise und/oder nur mit erhöhtem sensorischem Aufwand ermitteln können. Darunter leidet die Genauigkeit einer ermittelten Zahnstangenkraft, die von diesem Reibanteil abhängt.
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Die Erfindung schlägt deshalb einen alternativen Weg vor, um einen Reibkraftanteil zu bestimmen. Dieser zeichnet sich durch einen geringen sensorischen sowie rechnerischen Aufwand aus, ermöglicht aber gleichzeitig eine hohe Präzision.
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Genauer gesagt wurde erfindungsgemäß erkannt, dass bei Steer-by-Wire-Lenksystemen mit einer Kupplungseinrichtung der einleitend geschilderten Art sensorische Messgrößen im Lenksystem bereits vorhanden sind, die zum Ermitteln eines Reibkraftanteils verwendet werden können. Hierfür müssen keine zusätzlichen Sensoren verbaut werden und keine eine hohe Rechenleistung erfordernden Ermittlungen durchgeführt werden.
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Stattdessen wurde erkannt, dass bei geöffneter Kupplungseinrichtung (also bei nicht hergestellter mechanischer Verbindung zwischen Lenkhandhabe und Zahnstange) ein in dem Lenksystem typischerweise verbauter Momentensensor nahe dem Lenkgetriebe und/oder (z.B. im Kraftfluss betrachtet) zwischen Kupplungseinrichtung und Zahnstange verwendet werden kann, um die Reibkraft bzw. eine die Reibkraft repräsentierende Messgröße zu ermitteln. Insbesondere kann hierfür ein Momentenmesswert dieses Sensors verwendet werden, wenn sich die Zahnstange in Bewegung setzt oder in Bewegung befindet. Es wurde erfindungsgemäß erkannt, dass der Momentensensor erst bei dieser auftretenden Bewegung einen relevanten und von Null verschiedenen Messwert liefert. Der Momentensensor oder das von dem Sensor erfasste Element wird dann aber nur mit demjenigen Kraftanteil beaufschlagt, der für eine reine Zahnstangenbewegung ohne zumindest anfängliche Bewegung bzw. Auslenkung der Fahrzeugräder erforderlich ist. Entsprechend kann dieser Kraftanteil zum Ermitteln des wirksamen Reibkraftanteils verwendet werden und/oder zum Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße ohne internen Reibkraftanteil des Lenksystems.
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Insbesondere schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße (insbesondere in Form einer Zahnstangenkraft oder einer die Zahnstangenkraft repräsentierenden Größe) bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs vor. Das Lenksystem weist eine Lenkhandhabe und eine Zahnstange sowie eine mittels einer Kupplungseinrichtung selektiv herstellbare mechanische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und der Zahnstange auf. Dabei ist die Kupplungseinrichtung über eine (erste) Verbindungsanordnung mit der Zahnstange gekoppelt und die (erste) Verbindungsanordnung weist wenigstens einen Momentensensor auf. Optional kann auch eine weitere (zweite) Verbindungsanordnung die Kupplungseinrichtung mit der Lenkhandhabe koppeln. Die erste und zweite Verbindungsanordnung können beispielsweise durch Schließen der Kupplungseinrichtung und unter Herstellen der mechanischen Verbindung zwischen Lenkhandhabe und Zahnstange miteinander verbunden werden. Sie können allgemein mechanisch sein.
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Das Verfahren weist auf:
- - Erhalten (oder auch Ermitteln) wenigstens eines Momentenmesswerts des Momentensensors bei mit der Kupplungseinrichtung nicht hergestellter mechanischer Verbindung (zwischen Lenkhandhabe und Zahnstange) und bei einer mit einem Fahrzeugradaktor (des Lenksystems) erzeugten Zahnstangenbewegung;
- - Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße auf Basis des Momentenmesswerts und anhand einer (aktorischen) Momentengröße des Fahrzeugradaktors.
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Das Steer-by-Wire-Lenksystem kann prinzipiell gemäß gängigen mechanischen Prinzipen ausgebildet sein. Allerdings kann sich ein Steuergerät des Lenksystems durch die geschilderten erfindungsgemäßen Verfahrensmaßnahmen von gängigen Prinzipien unterscheiden.
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Entsprechend kann die Lenkhandhabe mit einem Reaktionskraftaktor (insbesondere einem Elektromotor) gekoppelt sein, um Rückkopplungsmomente zum Einstellen eines Lenkgefühls an der Lenkhandhabe zu erzeugen. Weiter kann der Fahrzeugradaktor z.B. nach Maßgabe einer erfassten Lenkhandhabebetätigung durch den Fahrer eine aktorische (oder auch motorische) Kraft zur Zahnstangenbewegung auf die Zahnstange aufbringen. Hierfür kann der Fahrzeugradaktor über wenigstens eine Getriebestufe und insbesondere ein Ritzel mit der Zahnstange verbunden sein und die Momentengröße bzw. ein entsprechendes Moment erzeugen.
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Bei der (ersten) Verbindungsanordnung kann es sich um eine Welle handeln, die z.B. über eine Getriebestufe ebenfalls mit der Zahnstange gekoppelt oder koppelbar ist. Insbesondere kann sie über ein (von der Getriebestufe des Fahrzeugradaktors separates Ritzel) mit der Zahnstange gekoppelt sein, sodass an der Zahnstange eine Doppel-Ritzel-Anordnung eingreift. Lediglich bei geschlossener Kupplungseinrichtung bzw. hergestellter mechanischer Verbindung kann die Verbindungsanordnung bzw. deren Welle über dieses Ritzel eine die Zahnstange verlagernde und vom Fahrer verursachte Kraft übertragen.
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Bei nicht hergestellter mechanischer Verbindung (bzw. offener Kupplungseinrichtung) können hingegen das Ritzel und/oder die Verbindungsanordnung und insbesondere deren Welle passiv von der aktorisch verlagerten Zahnstange bewegt und insbesondere rotiert werden. Dies kann von dem Momentensensor erfasst werden und genauer gesagt kann ein dann innerhalb der Verbindungsanordnung verursachtes Moment (insbesondere an der geschilderten Welle) sensorisch erfasst werden. Liegt hingegen noch keine Zahnstangenbewegung vor, kann die Verbindungsanordnung statisch bzw. unbewegt sein und kann entsprechend kein Moment erfasst werden.
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Das Verfahren kann daher auch umfassen, dass das Vorliegen einer Zahnstangenbewegung oder, gemäß nachstehender Weiterbildung, das Überschreiten eines Schwellenwerts durch den Momentenmesswert ermittelt wird. Erst dann kann darauf basierend die Zahnstangenkraftgröße bestimmt werden.
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Zum Ermitteln der Zahnstangenkraftgröße können der Momentenmesswert und die Momentengröße des Fahrzeugradaktors zumindest mittelbar in eine Berechnung der Zahnstangenkraftgröße einfließen und/oder miteinander verrechnet werden. Allgemein können also der Momentenmesswert und die Momentengröße (im Folgenden auch als Aktormoment bezeichnet) beim Bestimmen der Zahnstangenkraftgröße zumindest mittelbar und insbesondere als in eine Berechnung einfließende Rechengrößen berücksichtigt werden.
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Wie nachstehend noch ausgeführt, wird darauf basierend bevorzugt ein Reibkraftanteil bestimmt und kann eine Zahnstangenkraftgröße basierend auf diesem Reibkraftanteil korrigiert werden.
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Bei der Momentengröße des Fahrzeugradaktors kann es sich um ein ermitteltes Ist-Moment bzw. hiervon erzeugtes oder aufgebrachtes Moment handeln. Dieses kann beispielsweise von einer Leistungselektronik des Fahrzeugradaktors erhalten oder ermittelt werden und kann allgemein anhand anliegender Phasenströme bestimmt werden. Ebenso kann die Momentengröße bzw. das Ist-Moment unter Berücksichtigung von Kalibrierfaktoren bestimmt werden. Beispielsweise ist es bekannt, dass Kalibrierfaktoren z.B. in einem Prüfstand vor Einbau des Fahrzeugradaktors ermittelbar sind, die eine Zusammenhang zwischen einem vorgegebenen Soll-Moment und tatsächlich erzeugtem Ist-Moment definieren. Zusätzlich oder alternativ können Kalibrierfaktoren auch bei Einbau des Lenksystems und/oder Zusammenbau des Lenksystems außerhalb des Fahrzeugs bestimmt werden, beispielsweise um Reibungseinflüsse von Gehäusen (insbesondere der Zahnstange) mit zu erfassen.
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Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Vorgehen dahingehend, als dass der Momentensensor innerhalb der Verbindungsanordnung meist ohnehin vorgesehen ist, beispielsweise um die Funktionsweise der mechanischen Rückfallebene und/oder das Schließen der Kupplungseinrichtung zu überwachen. Auch kann der Momentensensor zum Erfassen von Fahrerlenkwünschen bei geschlossener Kupplung vorgesehen sein. Ferner kann, wie nachstehend noch näher aufgezeigt, die Zahnstangenkraftgröße auf Basis des Momentenmesswerts aufwandsarm und präzise bestimmt werden.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Zahnstangenkraftgröße auf Basis eines Differenzwertes der Momentengröße und des Momentenmesswerts ermittelt wird. Insbesondere kann die Zahnstangenkraftgröße auf Basis der um den Momentenmesswert verringerten Momentengröße ermittelt werden. Es ist ebenso möglich, einen auf Basis der Momentengröße und des Momentenmesswerts ermittelten Differenzwert zu bestimmen, beispielsweise wenn die Momentengröße und der Momentenmesswert zunächst jeweils in Kraftwerte umgerechnet werden und zum Ermitteln des Differenzwertes voneinander subtrahiert werden.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Zahnstangenkraftgröße modellbasiert oder anhand eines Kalman-Filters ermittelt wird. Der Kalman-Filter kann eine spezifische Variante eines mathematischen Modells darstellen oder umfassen. Ansätze zum Ermitteln der Zahnstangenkraftgröße mittels eines Kalman-Filters oder auch allgemeiner mathematischer Modelle sind im Stand der Technik verbreitet. Vorliegend kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass der Differenzwert eine Eingangsgröße des Modells oder des Kalman-Filters ist. Insbesondere kann die Momentengröße vor dem Zuführen zum Kalman-Filter durch den Momentenmesswert verringert werden bzw. kann der Momentenmesswert von der Momentengröße abgezogen werden. Der dann entstehende Differenzwert kann als Eingangsgröße des Modells oder Filters dienen.
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Vorteilhaft ist dies insbesondere dahingehend, als dass dann bereits existierende Modelle oder Filterdefinitionen nicht angepasst werden müssen, sondern lediglich deren Eingangsgröße mit dem erfindungsgemäßen Ansatz und unter Kompensation von Reibungskräften präzisiert werden können. Prinzipiell ist aber ebenso möglich, ein Modell oder einen Kalman-Filter bereitzustellen, der selbst einen Differenzwert der hierin geschilderten Art ermittelt und beispielsweise sowohl die Momentengröße als auch den Momentenmesswert als Eingangsgröße erhält.
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Prinzipiell kann das Verfahren vorsehen, dass eine Größe, die eine Reibkraft repräsentiert, auf Basis des Momentenmesswerts und der Momentengröße ermittelt wird. Insbesondere kann es sich dabei um eine an der Zahnstange wirkende Reibkraft und/oder oder eine interne Reibung im Lenksystem handeln. Die entsprechende Größe kann dem Differenzwert entsprechen oder anhand des Differenzwerts berechnet werden, beispielsweise durch Umrechnen der erhaltenen Momentendifferenz in einen Kraftwert (beispielsweise in Kenntnis der im Lenksystem vorhandenen Übersetzungsverhältnisse und/oder Ritzeldurchmesser oder anderweitigen geometrischen Abmessungen). Die Reibkraft kann (neben der Zahnstangenkraftermittlung) z.B. für Plausibilisierungszwecke oder zur Detektion von Fehlern ausgewertet werden.
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Vorteilhafterweise wird die Zahnstangenkraftgröße nur dann ermittelt und insbesondere nur dann auf Basis des Momentenmesswerts bestimmt, wenn dieser (also der Momentenmesswert) einen Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert kann null oder im Wesentlichen null betragen. Insbesondere kann der Schwellenwert weniger als 1 % oder auch weniger als 5 % eines maximal sensorisch erfassbaren Momentenmesswerts betragen. Erst ab Überschreiten dieses Messwerts kann tatsächlich auf eine vorliegende Zahnstangenbewegung geschlossen werden, sodass dann die Momentenmessgröße zum erfindungsgemäßen Ermitteln der Zahnstangenkraftgröße verwendbar ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen. Dieses kann ein Steer-by-Wire-Lenksystem der vorstehend geschilderten Art umfassen. Insbesondere kann das Lenksystem eine Lenkhandhabe und eine Zahnstange aufweisen, die mittels einer Kupplungseinrichtung des Lenksystems selektiv mechanisch verbindbar sind (aber beispielsweise in einem störungsfreien Normalbetrieb voneinander mechanisch getrennt sind). Die Kupplungseinrichtung ist dabei über eine Verbindungsanordnung mit der Zahnstange gekoppelt und die Verbindungsanordnung (des Lenksystems) weist wenigstens einen Momentensensor auf.
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Ferner umfasst das Lenksystem ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Momentenmesswert des Momentensensors zu erhalten. Dieser liegt bei mit der Kupplungseinrichtung nicht hergestellter mechanischer Verbindung und bei einer mit einem Fahrzeugradaktor erzeugten Zahnstangenkraftbewegung vor. Ferner ist das Steuergerät dazu eingerichtet, eine Zahnstangenkraftgröße auf Basis des Momentenmesswerts und anhand einer Momentengröße des Fahrzeugradaktors zu ermitteln.
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Allgemein kann das Kraftfahrzeug und insbesondere das Steuergerät dazu eingerichtet sein, ein Verfahren gemäß jeglichen der vorangehenden Aspekte auszuführen. Sämtliche Weiterbildungen und Varianten der vorstehenden Verfahrensmerkmale können auch auf die gleichlautenden Merkmale des Kraftfahrzeugs zutreffen. Dies gilt insbesondere für die nachstehenden weiteren Ausführungsformen des Kraftfahrzeugs, die analog zu den vorstehenden Varianten des Verfahrens weitergebildet werden können.
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So kann beispielsweise das Steuergerät des Kraftfahrzeugs ferner dazu eingerichtet sein, die Zahnstangenkraftgröße auf Basis eines Differenzwertes der Momentengröße und des Momentenmesswerts zu ermitteln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Steuergerät auch dazu eingerichtet sein, die Zahnstangenkraftgröße modellbasiert oder anhand eines Kalman-Filters zu ermitteln, wobei der Differenzwert als Eingangsgröße des Modells oder des Kalman-Filters verwendbar oder von dem Modell oder Kalman-Filter ermittelbar ist.
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Weiter ist das Steuergerät gemäß einer Weiterbildung dazu eingerichtet, eine Größe, die eine Reibkraft repräsentiert, auf Basis des Momentenmesswerts und der Momentengröße zu ermitteln und/oder die Zahnstangenkraftgröße nur dann auf Basis des Momentenmesswerts zu ermitteln, wenn dieser einen Schwellenwert überschreitet.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte auszuführen. Das Steuergerät kann digital und/oder elektronisch betreibbar sein. Es kann wenigstens eine Prozessoreinrichtung und/oder wenigstens eine Speichereinrichtung aufweisen. In der Speichereinrichtung können Programmanweisungen hinterlegt sein, die bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung das Steuergerät dazu veranlassen, die hierin geschilderten Verfahrensmaßnahmen bereitzustellen und/oder auszuführen. Das Steuergerät kann mit den hierin erwähnten Sensoren verbunden sein und von diesen jegliche hierin geschilderten Messwerte erhalten. Beispielsweise kann das Steuergerät an einen Kommunikationsbus des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein.
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Gemäß einem allgemeinen Aspekt des Verfahrens, des Kraftfahrzeugs und des Steuergeräts kann anhand der Zahnstangenkraftgröße ein Rückkopplungsmoment an einer Lenkhandhabe erzeugt werden bzw. kann ein Rückkopplungsaktor des Lenksystems basierend auf der ermittelten Zahnstangenkraftgröße angesteuert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten beispielhaften Figuren erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Prinzipskizze eines Lenksystems mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Steuergerät ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausführt.
- 2 zeigt ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das mit dem Steuergerät aus 1 ausführbar ist.
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In 1 ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 eines lediglich gestrichelt umrissen und somit stark vereinfacht und nicht unter Abbildung sämtlicher Komponenten dargestellten Kraftfahrzeugs 100 gezeigt. Das Lenksystem 1 umfasst eine Lenkhandhabe 2 in Form eines Lenkrads. Die Lenkhandhabe 2 ist mit einer Lenkwelle 3 verbunden. An der Lenkwelle 3 ist wenigstens ein Sensor 4 zum Erfassen einer Lenkvorgabe (z.B. eines Lenkwinkels) vorgesehen, die vom Fahrer durch Betätigen der Lenkhandhabe 2 vorgegeben wird. Ferner ist die Lenkhandhabe 3 mit einem Reaktionskraftaktor 5 verbunden, der dazu eingerichtet ist, ein Rückkopplungsmoment MR an der Lenkwelle 3 und somit der Lenkhandhabe 2 zu erzeugen.
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Eine von dem Sensor 4 erfasste Lenkvorgabe L wird einem Steuergerät 6 zugeführt, welches ein Stellsignal S an einen Radkraftaktor 8 und genauer gesagt eine nicht gesondert dargestellte Leistungselektronik hiervon ausgibt. Der Fahrzeugradaktor 8 wird also nach Maßgabe der Lenkvorgabe L durch das Steuergerät 6 angesteuert. Er erzeugt daraufhin ein Ausgangsmoment an einer Ausgangswelle 10. Die Ausgangswelle 10 ist über eine Getriebestufe in Form eines Ritzels 11 mit einer Zahnstange 12 verbunden. Die ineinandergreifenden Verzahnungen des Ritzels 11 von der Zahnstange 12 sind aus Darstellungsgründen nicht gesondert gezeigt.
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Bei dem Lenksystem 1 ist zudem eine mechanische Rückfallebene vorgesehen. Hierfür umfasst das Lenksystem 1 eine Kupplungseinrichtung 14. Diese ist dazu eingerichtet, bei einem Schließen bzw. Einkuppeln die Lenkhandhabe 2 und die Zahnstange 12 mechanisch miteinander zu verbinden. Hierfür ist die Kupplungseinrichtung 14 über eine erste Verbindungsanordnung 16, die ein zweites Ritzel 17 aufweist, mit der Lenkhandhabe 12 gekoppelt. Genauer gesagt weist die erste Verbindungsanordnung 16 eine Eingangswelle 18 auf, die mit einem Teil der Kupplungseinrichtung 14 verbunden ist sowie mit dem Ritzel 17. Das Ritzel 17 steht mit der Zahnstange 12 in Eingriff (nicht gesondert abgebildet).
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Ferner ist die Kupplungseinrichtung 14 und insbesondere ein anderer Teil hiervon mit einer zweiten Verbindungsanordnung 20 gekoppelt. Diese zweite Verbindungsanordnung 20 ist mit der Lenkwelle 3 verbunden.
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Die gewählte Darstellung und insbesondere die Positionierung der Kupplungseinrichtung 14 ist lediglich beispielhaft. Prinzipiell kann das Lenksystem 1 bezüglich einer Positionierung der Kupplungseinrichtung 14 gemäß jeglichen bekannten Ansätzen des Standes der Technik ausgebildet sein. Auch ist es nicht zwingend erforderlich, dass ein zweites Ritzel 17 vorgesehen ist. Stattdessen existieren im Stand der Technik auch Lösungen, bei denen der Aktor 8 und die Lenkhandhabe 2 infolge einer geschlossenen Kupplungseinrichtung 14 über ein gemeinsames Ritzel mit der Zahnstange 12 verbunden sind bzw. über ein gemeinsames Ritzel auf die Zahnstange 12 Momente übertragen können. Auch ist die vorliegende Lösung prinzipiell bei Lenksystemen mit einem Umlaufgetriebe anwendbar, wofür zum Ausbilden einer mechanischen Rückfallebene ebenfalls wenigstens eine Kupplungseinrichtung vorgesehen ist.
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Wie aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt, kann das Lenksystem 1 auch einen Momentensensor 22 aufweisen, der sich insbesondere innerhalb der ersten Verbindungsanordnung 16 befindet bzw. von dieser umfasst ist. Insbesondere kann diese an dem Ritzel 17 und/oder der Eingangswelle 18 anliegende Momente erfassen.
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In einem störungsfreien Normalbetrieb ohne Aktivierung der mechanischen Rückfallebene bzw. Herstellung einer mechanischen Verbindung von Lenkhandhabe 2 und Zahnstange 12 (also in einem Steer-by-Wire-Betrieb mit mechanisch entkoppelter Lenkhandhabe 2) erzeugt der Fahrzeugradaktor 8 in der vorstehend erwähnten Weise nach Maßgabe der Lenkvorgabe L Momente zum Verlagern der Zahnstange 12. Die Kupplungseinrichtung 14 ist zum Entkoppeln der Lenkhandhabe 2 und Zahnstange 12 in diesem Fall geöffnet.
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Im Fehlerfall bzw. bei auftretenden Störungen wird die Kupplungseinrichtung 14 geschlossen. Dann kann der Fahrer über die Lenkhandhabe 2 und Eingangswelle 3 aufgrund der hergestellten mechanischen Verbindung ein Moment auf das Ritzel 17 und somit auch eine Kraft auf die Zahnstange 12 übertragen.
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Schematisch angedeutet ist, dass das Steuergerät 6 eine Prozessoreinrichtung 21 umfasst. Diese führt z.B. als eine Softwareapplikation oder ein Softwareprogramm die abgebildeten Funktionsblöcke zum Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße FZ aus. In an sich bekannter Weise wird anhand dieser Zahnstangenkraftgröße FZ ein einzustellendes Reaktionskraftmoment MR ermittelt und erzeugt das Steuergerät 6 genauer gesagt ein Steuersignal SM zum Ansteuern des Reaktionskraftaktors 5, mittels dem ein entsprechendes Reaktionskraftmoment MR einstellbar ist.
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Gezeigt ist, dass das Steuergerät 6 von dem Aktor 8 und insbesondere dessen Leistungselektronik eine aktuelle Momentengröße MI erhält. Wenn die Kupplungseinrichtung 14 geöffnet ist, wertet das Steuergerät 6 zusätzlich das vom Sensor 22 gemessene Moment aus bzw. erhält hiervon einen Momentenmesswert MK. Dieser wird von der Momentengröße bzw. dem Ist-Moment MI abgezogen. Der resultierende Differenzwert D wird einem Zahnstangenkraftschätzer 26 zugeführt, der wenigstens ein Modell und/oder einen nicht gesondert abgebildeten Kalman-Filter zum Ermitteln der Zahnstangenkraft FZ aufweisen kann.
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Lösungen zum Ermitteln einer Zahnstangenkraft FZ anhand erhaltener Aktor-Momente MI sind im Stand der Technik bekannt. Vorliegend wird aber zum Berücksichtigen von Reibungseffekten zumindest bei der geöffneten Kupplungseinrichtung 14 diese Momentengröße MI um den Sensor-Momentenmesswert MK verringert. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die Zahnstangenkraftgröße FZ besonders präzise ermittelbar ist bzw. dann Reibkräfte insbesondere ohne zusätzliche Modellierungen und/oder Maßnahmen innerhalb des Schätzers 21 ausreichend genau berücksichtigbar sind.
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In 2 ist ein Ablaufschema eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, wie es von dem Steuergerät 6 aus 1 ausführbar ist. In einem Schritt S1 wird festgestellt, dass ein störungsfreier Normalbetrieb vorliegt, also die Kupplungseinrichtung 14 geöffnet ist. In einem Schritt S2 wird die Momentengröße MI des Aktors 8 erhalten. In einem Schritt S3, der prinzipiell auch parallel oder vorgelagert zu dem Schritt S2 ausführbar ist, wird ein Momentenmesswert MK erhalten und bevorzugt überprüft, ob dieser oberhalb eines Schwellenwertes liegt, also eine ausreichende Zahnstangenbewegung vorliegt. In einem Schritt S4 wird daraufhin die Zahnstangenkraftgröße FZ mittels des Schätzers 26 geschätzt. In einem Schritt S5 wird darauf basierend das Steuersignal SM ermittelt und der Reaktionskraftaktor 5 zum Erzeugen eines Rückkopplungsmoments MR an der Lenkhandhabe 2 angesteuert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkhandhabe
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Sensor
- 5
- Reaktionskraftaktor
- 6
- Steuergerät
- 8
- Fahrzeugradaktor
- 10
- Ausgangswelle
- 11
- Ritzel (am Fahrzeugradaktor 8)
- 12
- Zahnstange
- 14
- Kupplungseinrichtung
- 16
- erste Verbindungsanordnung
- 17
- Ritzel (an erster Verbindungsanordnung 16)
- 18
- Eingangswelle
- 20
- zweite Verbindungsanordnung
- 21
- Prozessoreinrichtung
- 22
- Momentensensor
- 26
- Zahnstangenkraftschätzer
- 100
- Kraftfahrzeug
- L
- Lenkvorgabe
- S
- Stellsignal
- MI
- Momentengröße
- MK
- Momentenmesswert
- SM
- Steuersignal
- MR
- Rückkopplungsmoment
- FZ
- Zahnstangenkraft / Zahnstangenkraftgröße
- D
- Differenzwert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2020/0023889 A1 [0002]
- US 2012/0023889 A1 [0006]
