Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs und Fahrzeuglenkung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs mit einem Überlagerungslenkungssystem, bei dem ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel und ein weiterer Winkel (Zusatzlenkwinkel) ermittelt wird und bei dem nach Maßgabe des eingegebenen Lenkwinkels und des Zusatzlenkwinkels mittels eines Überiagerungsaktuators ein resultierender Lenkwinkel eingestellt wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm.
Die Erfindung betrifft ebenso eine Lenkung für ein Fahrzeug mit einem an einer Lenksäule angeordneten Lenkrad, mit einem Lenkgetriebe, einem überlagerungsaktuator, und mit einem Lenkungs-Steuergerät, zwecks Überlagerung eines vom Fahrer eingegebenen Lenkwinkels mit einem weiteren Winkel (Zusatzlenkwinkel) .
Heutige Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, sind in der Regel mit hydraulischen oder elektrohydraulisehen Servolenkungen ausgestattet, bei denen ein Lenkrad mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt ist. Die Servounterstützung ist derart aufgebaut, dass im Mittelbereich des Lenkmechanismus Aktuatoren, z.B. Hydraulikzylinder, angeordnet sind. Durch eine von den Aktuatoren erzeugte Kraft wird die Betätigung des Lenkmechanismus in Reaktion auf die Drehung des
Lenkrads unterstützt. Dadurch ist der Kraftaufwand des Fahrers beim Lenkvorgang verringert.
Überlagerungslenkungen, auch mit der Abkürzung "ESAS" (Electric Steer Assisted Steering) oder "AFS" (Active Front Steering) bezeichnet, sind bekannt. Sie sind dadurch charakterisiert, dass dem vom Fahrer eingegebenen Lenkwinkel bei Bedarf ein weiterer Lenkwinkel (Zusatzlenkwinkel) durch einen Aktuator überlagert werden kann. Es werden üblicherweise elektrische Aktuatoren verwendet, die auf ein Überlagerungsgetriebe wirken und den Zusatzlenkwinkel weitgehend unabhängig vom Fahrer einstellen.
Der zusätzliche Lenkwinkel wird durch einen elektronischen Regler gesteuert und dient beispielsweise zur Erhöhung der Stabilität und Agilität des Fahrzeugs. Nach einem bekannten Regelungskonzept, wie es in der DE 197 51 125 AI beschrieben wird, werden die Lenkanteile des überlagerten > Lenkwinkels unabhängig von einander gebildet.
Der grundsätzlicher Aufbau einer Überlagerungslenkung ist beispielsweise in der DE 197 51 125 AI oder DE 199 05 433 AI dargestellt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Betrieb einer Fahrzeuglenkung zu verbessern und eine Fahrzeuglenkung der eingangs genannten Art anzugeben, das/die gewährleistet, dass die Stellung der gelenkten Fahrzeugräder einem vom Fahrer durch das Lenkrad vorgegebener Lenkwunsch entspricht .
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der
unabhängigen Patentansprüche .
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den davon abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Für die Erfindung ist es demnach wesentlich, dass bei dem Verfahren durch ein Sicherheitsmodul eine nicht gewünschte Stellbewegung des Überiagerungsaktuators durch ein (äußeres) Lastmoment verhindert wird.
Nach der Erfindung ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass der resultierende Lenkwinkel mittels eines Elektromotors und über ein wirkverbundenes Überlagerungsgetriebe eingestellt wird.
Bei dem Verfahren ist es erfindungsgemäß auch vorgesehen, dass durch das Sicherheitsmodul eine vorzugsweise mechanische Verriegelung für das mit dem Elektromotor wi-rkverbundene Überlagerungsgetriebe aktivierbar ist.
Erfindungsgemäß ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass das Sicherheitsmodul eine Erkennung aufweist, zum Erkennen eines (äußeren) Lastmoments, wie eines durch den Fahrer eingesteuerten Fahrermoments oder eines Rückstellmoments, welches zu einer nicht gewünschten Stellbewegung des Überiagerungsaktuators führt.
Es ist bei dem Verfahren nach der Erfindung vorgesehen, dass nachdem eine nicht gewünschte Stellbewegung des Überiagerungsaktuators durch ein (äußeres) Lastmoment verhindert wurde, ein (aktuell) aufgebrachtes Moment des Überiagerungsaktuators mit einer konstanten Änderungsgeschwindigkeit abgebaut wird, vorzugsweise bis
auf den Wert 0 (Null) .
Nach der Erfindung ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass nachdem ein (aktuell) aufgebrachtes Moment des Überiagerungsaktuators abgebaut wurde, zyklisch geprüft wird, ob ein (äußeres) Lastmoment vorliegt, das sich von dem Überlagerungsaktuator kompensieren lässt.
Nach der Erfindung ist es bei dem Verfahren ebenso vorgesehen, dass nachdem ein (aktuell) aufgebrachtes Moment des Überiagerungsaktuators abgebaut wurde und nachdem geprüft wurde, dass ein (äußeres) Lastmoment vorliegt, dass sich von dem Überlagerungsaktuator kompensieren lässt, dann eine Stellbewegung durch den Überlagerungsaktuator wieder aktivierbar ist.
Bei dem Verfahren ist es erfindungsgemäß auch vorgesehen, dass die zyklisch Prüfung durchgeführt wird durch eine Testbewegung, bei der ein definierter Momentenverlauf vorgegeben wird und überprüft wird, ob der
Überlagerungsaktuator entgegen dem (äußeren) Lastmoment eine gewünschte Stellbewegung durchführen kann.
Die Aufgabe wird auch von einem Computerprogramm gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche geeignet ist.
Die Aufgabe wird bei der Fahrzeuglenkung dadurch gelöst, dass das Lenkungs-Steuergerät ein Sicherheitsmodul aufweist, das Mittel aufweist zwecks Verhinderung einer nicht gewünschten Stellbewegung des Überiagerungsaktuators durch ein (äußeres) Lastmoment.
Als Überlagerungsaktuator wird hier vorzugsweise ein elektrischer Aktuator, insbesondere ein Elektromotor verwendet, der auf ein Überlagerungsgetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, wirkt und den Zusatzlenkwinkel weitgehend unabhängig vom Fahrer einstellen kann.
Das eingesetzte, elektromotorisch angetriebene Überlagerungsgetriebe kann zwischen einem Drehstab eines Lenkventils (Torsionsstab) und einem Lenkgetriebe bzw. einem Ritzel einer Zahnstangenlenkung angeordnet sein.
Eine Anordnung des Überlagerungsgetriebes vor dem Drehstab ist aber für bestimmte Anwendungen bevorzugt.
Erfindungsgemäß ist es bei der Lenkung vorgesehen, dass das Sicherheitsmodul eine Erkennungseinheit aufweist, zwecks Erkennen eines (äußeren) Lastmoments, wie eines durch den Fahrer eingesteuerten* Fahrermoments oder eines Rückstellmoments, welches zu einer nicht gewünschten Stellbewegung des Überiagerungsaktuators führt.
Es ist bei der Lenkung nach der Erfindung vorgesehen, dass der Überlagerungsaktuator eine Verriegelung, vorzugsweise eine mechanische Verriegelung für ein dem
Überlagerungsaktuator zugeordnetes Überlagerungsgetriebe, aufweist, welche im verriegelten Zustand eine Stellbewegung des Überiagerungsaktuators sicher verhindert. Die mechanische Verriegelung ist vorteilhaft elektrisch ansteuerbar .
Die Lenkung weist darüber hinaus eine vom Fahrer betätigbare Lenkhandhabe sowie ein den gelenkten
Fahrzeugrädern zugeordnetes Stellaggregat auf, das wirkungsmäßig verbunden ist mit der Lenkhandhabe und mittels dem über ggf. weitere Elemente, wie z.B. Spurstangen und Spurhebel, die gelenkten Fahrzeugrädern zur Einstellung eines gewünschten Lenkwinkels verschwenkbar sind.
Ferner sind Vorrichtung zum Ermitteln eines Lenkradwinkels der Lenkhandhabe und eines Verschwenkwinkels angeordnet, der die Stellung der verschwenkbaren Fahrzeugräder beschreibt. Vorzugsweise wird der Lenkradwinkel durch einen bei Fahrzeugen mit einem Fahrdynamikregler (ESP-Systemen) serienmäßig eingesetzten Lenkradwinkelsensor erfasst. Ritzelwinkel eines Lenkgetriebes und die Lage oder Stellung des Überiagerungsaktuators, insbesondere ein Motorwinkel eines Überlagerungsmotors, werden ebenfalls gemessen.
Dem Fahrerlenkwinkel (Winkel am Lenkrad) , der direkt auf das Lenk'getriebe wirkt, wird entsprechend einer gewünschten Grundlenkfunktion vom Lenkungs-Steuergerät (Lenkungsregler) ein zusätzlicher Lenkwinkel überlagert. Fahrdynamische Lenkeingriffe werden von einem Fahrdynamikregler als ein Zusatzlenkwinkel, der korrigierend in das System eingreift, berücksichtigt .
Aufbau und Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Fahrzeuglenkung werden nun anhand von Abbildungen (Fig. 1 bis Fig. 5) beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Überlagerungslenkung mit einer Regelung nach der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Regelungskonzepts für einen Eingriff eines Fahrdynamikreglers, Fig. 3 eine schematische Übersicht über den Betrieb der Verriegelung in Form eines Zustandsdiagramms,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Regelungskonzepts zum Ausgleichen einer Lenkwinkelfehlstellung, und
Fig. 5 eine graphische Darstellung einer Anstiegsbegrenzungsfunktion .
Die Grundstruktur einer Überlagerungslenkung (ESAS/Electric Steer Assisted Steering) mit einer Regelung nach der Erfindung ist in Fig.l schematisch dargestellt.
Das Überlagerungsgetriebe (1) wird hier in einer •^Überlagerungslenkung (2) in die geteilte Lenksäule (3) einer konventionellen Servolenkung (4) eingebaut. Mittels eines Motors (5) kann durch das Überlagerungsgetriebe (1) unabhängig vom Fahrer ein zusätzlicher Lenkwinkel (6) an den Vorderräder (7) erzeugt werden. Der zusätzliche Lenkwinkel (6) kann positives oder negatives Vorzeichen haben, d. h. er kann von einem Fahrerlenkwinkel abgezogen werden oder dazu addiert werden, so dass die Fahrzeugräder in beide möglichen Richtungen unabhängig vom Fahrer (zusätzlich) verschwenkt werden können.
Durch den zusätzlichen Lenkwinkel (6) , den Zusatz- Lenkwinkel (6) , lassen sich in Form von den positiiven oder
negativen Korrekturwinkeln fahrdynamische Lenkeingriffe sowie eine Anpassung der Lenkübersetzung an die jeweilige Fahrsituation realisieren (variable Lenkübersetzung) .
Der resultierende Zusatz-Lenkwinkel wird durch einen Regler (8) eingestellt, welcher den E-Motor (5) steuert. Dem Regler (8) werden Signale von Drehwinkelsensoren (9,10) zugeführt, mittels denen der Drehwinkel δH (11) der Lenksäule (3) vor dem Drehstab (13) (Torsionsstab) des Lenkventils (14) und der Drehwinkel nach dem
Überlagerungsgetriebe (1) , der den Verschwenkwinkel der Räder 6,7 angibt, erfasst werden. Der Verschwenkwinkel wird als Drehwinkel δR (15) des Ritzels (32) ("Ritzelwinkel") des Lenkgetriebes (31) erfasst.
Dabei wird der vom Fahrer über ein Lenkhandrad (29) eingestellte Lenkradwinkel δH (11) vorzugsweise mit einem bei Fahrzeugen mit einer Fahrdynamikregelung (ESP-Systemen) serienmäßig eingesetzten Lenkradwinkelsensor (9) erfasst.
Zwischen Lenkradwinkel δH (11) und einem Eingangswinkel δτ (12) des Überlagerungsgetriebes (1) besteht je nach Steifigkeit des Drehstabes (13) (Torsionsstabs) des Lenkventils (14) und eines vom Fahrer aufgebrachtem Lenkmoments ein Differenzwinkel .
Neben dem Drehwinkel des Ritzels (32) des Lenkgetriebes (31) , dem "Ritzelwinkel" δR (15) , wird mit einem dritten Sensor (33) auch der Motorwinkel δMot (34) des Motors (5) erfasst.
Der hydraulische Druck für die konventionelle Servolenkung (4) wird durch eine Pumpe (16) erzeugt, die hier über einen
Antrieb (17) mit dem Antriebsmotor (18) eines Fahrzeugs verbunden ist. Vorteilhaft ist es alternativ vorgesehen, dass die Pumpe (16) durch einen elektronisch gesteuerten Motor (E-Motor) bedarfsgerecht angetrieben wird.
Eine Unterstützung der Fahrerkraft erfolgt über einen hydraulischen Zylinder (19), welcher zwei Kammern (20,21) aufweist, die durch einen hydraulischen Kolben (22) getrennt sind, welcher verbunden ist mit einer Zahnstange (23) der Lenkung. Für eine Zufuhr und eine Abfuhr aus den hydraulischen Kammern (20,21) zwecks Druckregelung sind hydraulische Leitungen (24,25,26,27) und ein Druckmittelvorratsbehälter (28) vorgesehen.
Bei der Überlagerungsfunktion der Lenkung wird dem
Fahrerlenkwinkel δH (11) , der über den Drehstab (13) und das Getriebe (1) mit Übersetzungsfaktor δl direkt auf das Lenkgetriebe (31) wirkt, entsprechend der gewünschten Grundlenkfunktion (im Wesentlichen Lenkübersetzung) vom Lenkungsregler (8) ein zusätzlicher Lenkwinkel (Motorwinkel δMot) (35) , der über ein Getriebe (36) mit einem zweiten Übersetzungsfaktor δ2 (37) auf das Lenkgetriebe (31) wirkt, überlagert. Aus der Überlagerung resultiert als Summenwinkel ein bestimmter Drehwinkel des Ritzels (32) des Lenkgetriebes (31) , d.h. der "Ritzelwinkel" δR (15) .
Dem Regler (8) ist ein Sicherheitsmodul (40) zugeordnet, mittels der eine nicht gewünschte Stellbewegung (Drehbewegung) des Überlagerungsmotors (5) durch ein (äußeres) Lastmoment verhinderbar ist, in dem das Überlagerungsgetriebe (36) durch eine zugeordnete Verriegelung (46) mechanisch verriegelbar ist. Die mechanische Verriegelung des Überlagerungsgetriebes in dem
elektromechanischen Antriebssträng ist vorteilhaft in der Weise elektrisch betätigbar, dass im unbestromten Zustand eine Drehbewegung des Elektromotors zum Einstellen eines Zusatzlenkwinkels sicher verhindert, den direkten mechanischen Durchgriff des Fahrers auf das Lenkgetriebe aber sicherstellt.
Fahrdynamische Lenkeingriffe von dem Fahrdynamikregler (38) werden als Zusatzlenkwinkel δδEsp (39) , der korrigierend in das System eingreift, berücksichtigt. Dies ist in der Fig. 2 dargestellt.
Dabei wird nach Maßgabe des Fahrerlenkwinkels (11) und einer Wunschlenkübersetzung IESAS ein Verstärkungsfaktor δδ,ESAs (41) ermittelt, woraus sich der Fahrerwunsch ÖCMD,DRV (42) ergibt. Dieser wird mit dem aus dem Fahrdynamikregler (38) resultierenden Zusatzlenkwinkel δδsp (39) überlagert. Der daraus resultierende Sollwert für den Lenkwinkel ÖR,CMD (43) wird1 *dem Regler (44) für die Überlagerungslenkung» zugeführt. Damit wird der resultierende Lenkwinkels δR = δsume (15) eingestellt, wobei der resultierende Lenkwinkel (15) als Eingangsgröße in den Regler (44) zurückgeführt wird (45) .
Durch die Überlagerung kann entsprechend einer erkannten Fahrsituation das Fahrverhalten und die Fahrzeugdynamik positiv beeinflusst werden, wobei die Fahrstabilität einerseits als auch die Agilität des Fahrzeugs erhöht werden kann. Insbesondere werden fahrdynamische Lenkungseingriffe realisiert, um den Fahrer bei seiner Lenktätigkeit zu unterstützen.
Durch eine bestimmte Ansteuerstrategie für die Verriegelung (46) nach der Erfindung wird sichergestellt, dass im Bedarfsfall eine, zur Aufbringung eines Zusatzlenkwinkels erforderliche, Drehung des Elektromotors (5) nur durch die Einstellung eines entsprechenden Motormomentes, und nicht von einem angreifenden Motorlastmoment, z. B. Fahrermoment oder Rückstellmomente, vorgenommen werden kann. Die Ansteuerstrategie ist in der Fig. 3 in einem Zustandsdiagramm näher dargestellt.
In Fällen, in denen eine offensichtliche und dauerhafte Überbelastung des Elektromotors (ESAS-Motors) (5) durch ein Motorlastmoment, hier auch als ein „äußeres" Motorlastmoment bezeichnet, d. h. wenn ein Überlastmoment (70) vorliegt, wie z. B. beim Lenken gegen einen Bordstein oder sonstiger Lenkungsmissbrauchsfall, können diese äußeren Lastmomente vom ESAS-Motor (5) nicht mehr kompensiert werden. Ein derartiges Überlastmoment (70) würde dann zu einer nicht gewünschten Bewegung des Motors (5) führen. Der Motor (5) würde dabei durch die von außen wirkende Belastung zurückgedrängt, was einen Verlust der Lenkbarkeit durch den Fahrer bewirkt.
Wird ein solcher Zustand von dem Sicherheitsmodul (40) erkannt (70) , wird die Verriegelung (46) betätigt (71) , das Überlagerungsgetriebe (36) wird mechanisch verriegelt. Auf diese Weise werden die elektromechanischen Bauteile der Überlagerungseinheit (2) geschützt.
Aufgrund der Tatsache, dass in diesem Zustand der
Fahrerlenkwinkel (11) über den mechanischen Durchgriff auf das Lenkgetriebe (1) wirkt, bleibt die Lenkbarkeit der
Überlagerungslenkung auch bis zu hohen, statischen Lastmomenten erhalten .
Bei kurzzeitigen Überlastmomenten für den Motor (5) , wie sie beispielsweise bei schnellen Lenkbewegungen vor allem mit direkter Lenkübersetzung auftreten können, d. h. hohe Beschleunigungsmomente, erfolgt keine mechanische Verriegelung (71) des Überlagerungsgetriebes (36) .
Ist die Überlagerungslenkung verriegelt (72) , wird mit einer konstanten Änderungsgeschwindigkeit das aufgebrachte Motormoment komfortabel zu Null abgebaut (73) .. Liegt kein Motormoment an (MMOt = 0) (74) , dann befindet sich die Überlagerungslenkung in einem sog. „Standby-Betrieb" (75) , wobei der Fahrer „direkt" die Grundlenkfunktion (ohne
Überlagerung) mit einer festen, konstruktiv vorgegebenen Lenkübersetzung ausüben kann.
Nach dem Verriegeln (72) der Überlag'erungslenkung wird aus dem Standby-Betrieb (74) aufgrund der erkannten statischen Überlast zyklisch geprüft, ob das hohe Belastungsmoment für den Motor (5) noch vorliegt, oder ob es in einem Bereich liegt, der für den ESAS-Motor (5) kompensierbar ist (76) . Dies geschieht mittels Durchführen einer Testbewegung, bei der überprüft wird, ob der Motor durch Vorgabe eines definierten Motormomentenverlaufs sich innerhalb des Verriegelungsspiels entgegen dem Lastmoment bewegen lässt (77) oder ob er durch das Lastmoment fest in einem Anschlag gehalten wird. Liegen die auf den Lenkungsaktuator der Überlagerung wirkenden Belastungsmomente in einem vom Aktuator kompensierbaren Bereich (78) , kann das Überlagerungsgetriebe (36) wieder entriegelt (79) werden.
Mit entriegeltem Überlagerungsgetriebe (80) wird die Lenkung wieder in den Normalbetrieb (81) zurückversetzt
Während der Lenkbewegung im verriegelten Zustand (72) folgt der Lenkwinkel der Bewegungsgleichung:
Daher ergibt sich bei Geradeausfahrt eine Schiefstellung des Lenkrades (29) um den Wert - v2 * φκiot,o r wobei φMot,o hier den Wert des vom Motor (5) aufgebrachten Zusatzlenkwinkels (6), bei dem die Verriegelung (46) betätigt wurde, bedeutet.
Wird die Verriegelung (72) in einer Winkelstellung gelöst, die nicht der Konfiguration entspricht, die beim Verriegeln vorlag, so ergibt sich ohne weitere kompensatorische Maßnahmen eine Lenkwinkelfehlstellung. Es wird daher vor dem endgültigen Lösen der Verriegelung (79) (Entriegelung der Überlagerungslenkung und Normalbetrieb; Init: S = 1, siehe Fig. 4) der gegenwärtig vorliegende Wert für die Lenkwinkelfehlstellung als Differenz zwischen Lenkwinkel- Sollwert und tatsächlich vorliegenden Ritzelwinkel (15) ermittelt :
ΔÖQ — ÖCMD, DRV - ÖR — Vδ, ESEAS * °H — ÖR
Weiterhin wird geprüft, ob ausgehend von der gegenwärtigen Winkelstellung ein komfortabler Abbau von Δδ0 bis zur nächsten Geradeausstellung der Räder (7) bzw. des Lenkrades (29) entsprechend folgender Gleichung möglich ist (82) :
ÖCMD, DRV — Vδ, ESEAS * ÖH ~ Δδ0 B
Δδ0rB ergibt sich dabei, indem mit Hilfe einer
Anstiegsbegrenzungsfunktion mit dem Zielwert Δδ0/W = 0 der Wert Δδ0 möglichst schnell mit definierter Geschwindigkeit zu Null abgebaut wird.
Kann der Lenkwinkelfehler bis zur nächsten
Geradeausposition nicht abgebaut werden (83) , wechselt die ESAS in den Fehlerzustand (84), die Verriegelung (72) bleibt erhalten.
Der Fehlerzustand (84) ist auch direkt aus dem Normalbetrieb (91) erreichbar, wenn z. B. eine entsprechende Fehlerbedingung, wie beispielsweise ein Ausfall des Motors (5) , vorliegt (85) .
Kann jedoch erwartet werden, dass der Winkelfehler unt.er den gegebenen Randbedingungen (Lenkwinkel, Größe der Lenkwinkelfehlstellung, maximal möglicher Gradient für
Überlagerungslenkwinkel) abgebaut werden kann (82) , wird die Überlagerungslenkung entriegelt (79) und die Grundlenkfunktion (Normalbetrieb (81)) wieder aktiviert.
Solange der Winkel ΔÖ0 nicht auf den Wert 0 reduziert ist, ist kein ESP- Lenkwinkeleingriff (vgl. Fig. 2.) möglich. Erst wenn die Lenkwinkelfehlstellung kompensiert ist, können wieder Korrekturwinkel seitens des ESP vorgeben werden.
Der Abbau der Lenkwinkelfehlstellung, d. h. die Einstellung des resultierenden Lenkwinkels nach Maßgabe des
eingegebenen Lenkwinkels und des weiteren Winkels (Zusatzlenkwinkel) , geschieht dann auf folgende Weise (siehe Fig. 4 und Fig. 5) :
Vor dem endgültigen Lösen der Verriegelung bzw.
Entriegelung der Überlagerungslenkung und Normalbetrieb (dass bedeutet Init: S = 1) (50) wird einmalig der gegenwärtig vorliegende Wert für die Lenkwinkelfehlstellung als Differenz zwischen Lenkwinkel-Sollwert ÖCMD,DRV und tatsächlich vorliegenden Ritzelwinkel δR (15) ermittelt (51) :
δδ0 = Ö C D, DRV δR = (δö,ESAs * δH) - δR
Dieser Wert für die Lenkwinkelfehlstellung wird anschließend als Startwert (52) der Sollvorgabe ÖC D,DRV für die Lenkwinkelregelung überlagert (54) : δδ0,B = δδ0 für S = 1
Mit dem Lösen der Verriegelung wird S = 0 gesetzt und anschließend mit Hilfe einer Anstiegsbegrenzungsfunktion (55) mit dem Zielwert δδ0, = 0 (Null) (56) wird nun der Wert der Lenkwinkelfehlstellung δδ0,B langsam zu Null abgebau .
Der Wert für die maximale Winkeländerung (57) der Anstiegsbegrenzungsfunktion (55) ist von der Lenkgeschwindigkeit (58) des Fahrers abhängig: Aus der durch Differentiation (59) des Fahrerwunsches ÖCMD,DRV (42)
ermittelte Lenkgeschwindigkeit ÖCMD,DRV (58) wird eine maximale Anstiegsbegrenzung |dδδ0,maχl (57) ermittelt (60),
Solange der Fahrer keine Lenkbewegung durchführt, wird die Lenkwinkelfehlstellung auch nicht abgebaut. Die maximale Winkeländerung ist Null. Gleiches gilt für den Zeitraum, in dem sich das System im verriegelten Zustand (S = 1) befindet .
Sobald der Fahrer eine anhand der *
Lenkgeschwindigkeit ÖCMD,DRV (58) messbare Lenkbewegung durchführt, lässt die Anstiegsbegrenzungsfunktion (55) ebenfalls eine Änderung von δδo,B zu.
Durch die Anstiegsbegrenzungsfunktion (55) wird festgelegt, mit welcher maximalen Winkeländerung pro Reglerloop (1 Loop entspricht dem Ablauf eines Programms im Regler) eine anstiegsbegrenzte Lenkwinkelfehlstellung δδ0,B (61) sich ihrem Zielwert δδ0,w = 0 annähert.
Solange diese Ausgleichsbewegung stattfindet (δδ0B SP verschieden von Null) sind keine ESP-Lenkwinkeleingriffe möglich:
δδESp = 0, solange δδ0B SE <> 0
Der Abbau der festgestellten Lenkwinkelfehlstellung δδ0 zu Null erfolgt auf folgende Weise:
Der aktuell berechnete Wert der Lenkwinkelfehlstellung δδ0,B der der Lenkwinkelsollwertvorgabe δδCD, DRV überlagert wird (54) , wird zurückgeführt (68) auf ein zeitlich diskretes Totzeitglied (62) , das das Signal δδ0,E um einen Reglertakt (Loop) verzögert. An der Subtraktionsstelle (66) wird daraufhin der Wert der Lenkwinkelfehlstellung δδ0,B des
vorhergehenden Reglertaktes von Zielwert δδ0,w = 0 (56) subtrahiert .
Die so berechnete Differenz wird einer Begrenzerfunktion (63) zugeführt, welche unter Berücksichtigung der maximalen Anstiegsbegrenzung |dδδ0,maxl (57) die mögliche Änderung des Wertes δδo,B in dem aktuellen Reglertakt (Loop) ermittelt bzw. auf den Maximalwert |dδδo,max| (57) begrenzt.
Das so ermittelte Ausgangssignal dδδ0 wird als
Eingangsgröße einem zeitdiskreten Integriermodul (64) zugeführt, in dem die neue Ausgangsgröße des Moduls (64) sich berechnet aus der Addition der alten Ausgangsgröße und dem Signal dδδo- Da nach dem Entriegeln des Überlagerungsgetriebes der Wert S = 0 ist, hat das
Selektionsmodul (65) den Wert 1 und das Selektionsmodul (53) den Wert 0, was bedeutet, dass die Ausgangsgröße des zeitdiskreten Integriermoduls (64) den neu ermittelten, begrenzten Wert dδδo,B für die 'Lenkwinkelfehlstellung repräsentiert .
Der durch diese Schritte neu ermittelte, begrenzte Wert δδ0,B für die Lenkwinkelfehlstellung wird der Überlagerung für die Lenkwinkelregelung zugeführt (54) .
Bei der Festlegung (60) des maximalen Wertes |dδδ0,maxl (57) für die Anstiegsbegrenzung ist es vorgesehen einerseits einen möglichst schnellen aber auch komfortablen Abbau der Winkelfehlstellung zu erreichen. Andererseits ist es vorgesehen, dass die modifizierte Vorgabe der Lenkwinkelsollwerte entsprechend Fig. 4:
5C D, DRV = ( δa, ESAs * δ H) _ δδo,B
nicht dazu führt, dass sich das Vorzeichen der Lenkradwinkelgeschwindigkeit von dem des Lenkwinkelsollwertes unterscheidet.
Um dies zu erreichen, wird die Festlegung des maximalen Wertes für die Anstiegsbegrenzung entsprechend der in Fig. 5 dargestellten Vorgehensweise vorgenommen.
Die Fig. 5 ist eine Darstellung des Gradienten δδo , mit dem die Lenkwinkelfehlstellung ausgeglichen werden kann, als
Funktion der Lenkgeschwindigkeit ÖCMD,DRV des
Fahrerwunsches .
Das durch die Werte +δ und -δ begrenzte Lenkwinkelgeschwindigkeitsintervall stellt einen Unempfindlichkeitsbereich für den Ausgleich der Lenkwinkelfehlstellung dar. Liegt die Lenkgeschwindigkeit
δcMD,DRv des Fahrerwunsches innerhalb dieses Intervalls, so
ist δδ0 = 0, ein Ausgleich der Lenkwinkelfehlstellung findet aufgrund der zu geringen Lenkbewegung des Fahrers nicht statt.
Die Geraden mit der Steigung Ki und K2 bedeuten hier den maximalen Geschwindigkeitswert für den Ausgleich der Lenkwinkelschiefstellung in Abhängigkeit des
Fahrerlenkwunsches ÖCMD,DRV. Liegt beispielsweise der vor dem
Lösen der Verriegelung festgestellte Wert für δδ0 > 0, so gilt bei der Bestimmung der maximalen Anstiegsbegrenzung die Gerade mit der Steigung K2. Für einen Wert von dem
Fahrerlenkwunsch ÖCMD,DRV = δCMD,DRv,AP kann dann entsprechend
Fig. 5 der Wert für δδo = δδo,AP ermittelt werden.
Der Wert δδ0,MAx stellt den Maximalwert für die Änderungsgeschwindigkeit dar mit der die Lenkwinkelschiefstellung ausgeglichen wird. Analog hierzu
ist der Wert -δδ0,MAx der entsprechende Minimalwert.
Die Werte der Unempfindlichkeitsschwelle ±δ, die Steigungen Ki und K2 sowie die Grenzwerte für die maximale
Ausgleichsgeschwindigkeit ±δδo,Max können nach Komfortgesichtspunkten sowie aufgrund der verfügbaren ; Aktuatordynamik gewählt werden.
Somit ist die maximalen Anstiegsbegrenzung |dδδ0,maχl (57) eine Funktion der Lenkwinkelfehlstellung δδo und der
differenzierten Lenkwinkelfehlstellung δδo, normiert auf die Reglerloopzeit .
|dδδ0,maχl (57) = | δδo (δδ0, δδ0) | / Reglerloopzeit.
Mit "Reglerloopzeit" ist hier die Zeit für einen Programmdurchlauf des Lenkungsregelungs-Programms gemeint. Die Loopzeit beträgt typisch 2 msec (Millisekunden) bis 5
msec .
Die Detektion der Überlastsituation bzw. des Missbrauchsfalls (70) kann vorteilhaft anhand der Regelkreis- und Motorsignale vorgenommen werden. Ein wesentliches Kriterium ist dabei ein über einen längeren Zeitraum anstehendes hohes Motormoment, welches über die Kompensation eines bei Servolenkungen üblicherweise vorliegenden Lastmoments (bezogen auf das Fahrermoment) in einem Bereich von 2 bis 20 Nm, vorzugsweise ca. 5 Nm, wesentlich hinausgeht. Ein weiteres Kriterium ist eine Erkennung, ob hierbei statische bzw. quasi-statische oder zumindest langsame Bewegungsvorgänge betrachtet werden, d. h. keine hochdynamischen Bewegungen mit hohen Motorbeschleunigungen vorliegen, und dass trotz hoher Motormomente der angeforderte Lenkwinkelsollwert nicht erreicht werden kann und eine signifikante stationäre Regelabweichung bestehen bleibt.