WO2019134795A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines lenksystems für ein kraftfahrzeug, lenksystem - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines lenksystems für ein kraftfahrzeug, lenksystem Download PDF

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WO2019134795A1
WO2019134795A1 PCT/EP2018/084431 EP2018084431W WO2019134795A1 WO 2019134795 A1 WO2019134795 A1 WO 2019134795A1 EP 2018084431 W EP2018084431 W EP 2018084431W WO 2019134795 A1 WO2019134795 A1 WO 2019134795A1
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steering
steering handle
wheel
motor vehicle
driver
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PCT/EP2018/084431
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Joerg Strecker
Roland Greul
Alexander Sauter
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Robert Bosch Gmbh
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    • B62D6/002—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits computing target steering angles for front or rear wheels

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steering system for a motor vehicle, on the one hand has a controllable by a driver of the motor vehicle steering handle, in particular steering wheel or steering lever, and one of the steering handle associated torque controller, which is adapted to the operation by the driver counteracting damper force to exercise on the steering handle, and on the other hand coupled to at least one steerable wheel of the motor vehicle
  • Radwinkelsteller which is electrically driven in response to the operation of the steering handle to adjust a steering angle of the at least one wheel.
  • the invention relates to an apparatus for carrying out the above method and a steering system having such a device.
  • steer-by-wire steering systems Steering systems in which a direct mechanical coupling between the wheels to be steered and the steering handle to be operated by the user is interrupted are referred to as steer-by-wire steering systems because the control of the wheel steering angle is effected electrically.
  • steer-by-wire technology there is a degree of freedom that allows the
  • the manual torque controller exerts a force counteracting the driver in order to generate a steering feel on the steering handle in order to prevent the driver from acting To simulate feedback with the wheels to steer. If necessary, this force is superimposed with a damping force or a damping torque, in particular when the steering speed leaves a permissible range. This optimizes the driving experience for the driver, in particular by simulating the driving feel of a conventional mechanical steering system.
  • a damping force is exerted, which counteracts as a damping torque of the operating force or the operating torque of the user or the driver.
  • a damping torque is generated between the rotor and the stator of the electromotive manual torque controller by means of a separate circuit arrangement.
  • the inventive method with the features of claim 1 has the advantage that the steering feel for the driver further improved and thus the driving safety and controllability is optimized. According to the invention this is achieved by a method having the features of claim 1, wherein the damper force generated by the manual torque generator is generated in dependence on a current performance of the Radwinkelstellers.
  • predetermined steering angle to implement at least one wheel This gives the driver automatic feedback or feedback About how far the requested steering torque or the requested steering angle are implemented.
  • the target wheel angle becomes the Radwinkelsteller as a target size
  • the performance is determined as a function of a set actuating torque and a desired torque of the Radwinkelstellers. In this case, it is monitored whether the Radwinkelsteller is able to provide the necessary to achieve the desired wheel angle actuating torque available. If the set actuating torque does not correspond to the expected target torque, it is detected that the efficiency has decreased and the damper force is correspondingly increased. This can be on normally available anyway signals of the
  • Radwinkelstellers which reflect the set actuating torque or the actual torque, are used.
  • the operating current of Radwinkelstellers is monitored and compared with an expected operating current.
  • the damper force is determined as a function of an actuation torque exerted by the driver on the steering handle. This ensures that adapted to the operation of the steering handle
  • Damping force is provided, which determines the driving behavior for the Driver further improved. In particular, it is monitored whether an operating torque is actually exerted on the steering handle.
  • a damper force is generated only when a
  • Actuating torque is detected. If no actuation torque is detected, ie the actuation torque is zero, then the damper force is not generated.
  • the damping force is adapted to the operation of the user, whereby the haptic feedback by the damper force acts all the more natural for the driver, comparable to a mechanical steering system.
  • the damper force is attenuated stronger with increasing movement speed.
  • the driver counteracts an increased counter-torque when he operates the steering handle faster, thereby providing an advantageous feedback to the driver.
  • the driver is also braked when operating the steering handle to maintain difference between the desired wheel angle and the actual wheel angle
  • Movement speed of the steering handle is determined. At high
  • Movement speeds also increases the probability that the actual wheel angle deviates from the target wheel angle, so here is the increased
  • Damping force is advantageous to decelerate the movement of the steering handle and thus can follow the braking wheel within tolerances granted by the braking of the user or driver to the steering handle.
  • the increase in the damper force is continuous or stepwise. With a continuous increase becomes with increasing Speed increases the damper force correspondingly. If the increase is gradual, different damping forces are increasing
  • Movement speed can be detected by the driver.
  • the driver receives, for example, a message as to which speed range he is in.
  • the continuous increase is preferred.
  • a combination of a gradual and continuous increase is provided, in which case initially no increase in damping force occurs at low speeds of movement, when a limit speed is exceeded, the damping force is first raised and then continuously increasing
  • the damping force as a function of a vehicle speed and / or a gradient of
  • Movement speed or a Radwinkelstell Marie is affected. This ensures a further optimization of the damping force and thus the driving experience for the driver.
  • Movement speed of the steering handle is set. at
  • Embodiment is achieved that during operation, the translation is customizable, so that the set wheel angle in relation to the set steering angle to the steering handle in response to the
  • Movement speed changed.
  • the translation is increased.
  • the ratio is increased when a predeterminable limit speed of the movement speed is exceeded.
  • Limit speed which is expediently greater than zero, thus serves as a trigger for initiating a change in the translation.
  • the translation is limited to a maximum value, in particular independent of a movement speed of
  • the ratio is increased only when the steering handle is operated to increase a wheel angle. That is, when the steering handle is operated to reduce a wheel angle, the gear ratio is not increased irrespective of
  • Movement speed A withdrawal of the virtually and indirectly adjusted, increased translation takes place, for example, at the zero crossing of the wheel steering angle when the wheel is moved from a deflected position to a neutral position or a position that extends beyond the neutral position.
  • the device according to the invention with the features of claim 14 is characterized in that the at least one control device is specially adapted to perform the inventive method when used as intended, ie during operation of the motor vehicle.
  • a control device is provided that both the
  • Manual torque controller as well as the Radwinkelsteller operates.
  • two control units are present, one of which drives the wheel angle adjuster and the other the manual torque adjuster.
  • a higher-level control device is assigned to the two control devices, which controls the two control devices for operating the manual torque controller and the
  • Figure 2 shows a first embodiment of an advantageous method for
  • Figure 3 shows a second embodiment of the method and Figure 4 shows a third embodiment of the method.
  • FIG. 1 shows a simplified perspective view of an advantageous steering system 1, which has an operable by a driver of a motor vehicle steering handle 2, which is formed according to the present embodiment as a rotatably mounted steering wheel 3.
  • the steering handle 2 is mechanically connected to a manual torque 4, which is adapted to monitor the one hand, the rotational position of the steering wheel 3 and on the other hand, if necessary, a damper force, in the present case in the form of a damping torque to exert on the steering handle 2 to one of the driver on the Steering wheel 3 counteract applied operating torque.
  • the steering handle 2 and the manual torque 4 together form a steering unit 5, the
  • Passenger compartment of the motor vehicle is associated with the steering handle 2.
  • the steering system 1 further comprises a steering unit 6, which has at least one coupled with pivotally mounted wheels of the motor vehicle or couplable tie rod 7, which is assigned a Radwinkelsteller 8.
  • the Radwinkelsteller 8 has, for example, an electromotive actuator, by the control of the tie rod 7 is moved to set a desired wheel angle at the wheels.
  • the Radwinkelsteller 8 is coupled to the steering unit 5 only signal technology. This is In particular, a control unit 9 is provided, both with the
  • the control unit 9 controls the Radwinkelsteller 8 to move the tie rod 7 such that a requested by the steering handle 2 desired wheel angle is set by the Radwinkelsteller 8 and the displacement of the tie rod 7 on the wheels. While according to the present embodiment, only one control unit 9 is present, (not shown here) provided according to a further embodiment that both the manual torque 4 and the Radwinkelsteller 8 each own control device is present, the control units, for example, communicate directly with each other and / or operated / controlled by another higher-level control unit.
  • phase structure As a function of the amount or steering frequency can lead to an antiphase in the steering movement on the steering wheel 3 and in the steering system 1.
  • the steering movement of the steering handle is correspondingly damped to the same extent as that
  • Steering system 1 can follow the requested target wheel angle. For this purpose, depending on the movement speed and optionally also the speed gradient, the operation of the steering handle
  • FIG. 2 shows that the damping torque is only increased after a predetermined limit speed f G. This creates a permissible range I, within which with increasing steering wheel angular velocity
  • Limit speed f G is reached. Only in the subsequent area II is the movement of the steering handle 2 induced by the driver
  • the course of the torque build-up of the damping torque M can be linear or non-linear.
  • the pure dependence on the movement speed f of the steering handle 2 can also be also be used.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the method for operating the steering system 1.
  • a so-called catch-up or trapping function is thereby realized. Under the capture is the hardening, so the increase in
  • Damping force refers to when the performance of the Radwinkelstellers does not meet the expected performance to counteract the external, ie applied by the driver force. However, because the driver continues to request a steering movement, he will apply correspondingly more moments to realize the movement despite the external force. In the case of no mechanical connection between the steering wheel 3 and wheel angle adjuster on the wheels, trapping must be made by other means.
  • the presently described function is intended to increase the input by the driver, ie the operating torque exerted on the steering wheel, with reduced power or insufficient power of the wheel angle actuator. in the Difference to a pure damping, as described above, now also the performance of Radwinkelstellers is considered.
  • FIG. 3 shows the structure of the trapping function for this purpose.
  • a first component a represents an insertion or a component of torque as a function of a power loss of the Radwinkelstellers.
  • the quality criterion here is preferably the difference between the set target Radlenkwinkel für anvRWSoll to the actual actual Radlenkwinkel für anvRWIst. Also the
  • the output signal is the
  • Component a a continuous signal in the value range 0 to 1.
  • a component b represents a display depending on a
  • Another component c represents the actual moment-forming function.
  • Steering handle 2 which results from the applied operating torque torDriver, calculated a damping torque, analogous to the damping torque described above.
  • the damping constant is preferred in
  • the damping constant is preferably varied.
  • the three components a, b and c give the total damping torque torCatchUp.
  • FIG. 4 shows a further diagram for explaining an advantageous one
  • a desired ratio i between steering unit 5 and steering unit 6 is shown on the desired wheel steering speed oos oii .
  • a calculated total steering ratio is set for steer-by-wire systems. This can be greatly non-linear through
  • Wheel steering angle to produce Increasing the ratio means the ratio becomes more indirect, that is, the wheel steering speed is reduced at the same steering wheel angular velocity.
  • the steering ratio i is interpreted more indirectly at lower vehicle speeds.
  • the ratio i between the steering unit 5 and the steering unit 6 is preferably increased in order to allow optimized operation of the steering system 1.
  • an increase is preferably only allowed when deflecting, ie when adjusting the wheels from a neutral starting position (in straight ahead driving).
  • the increase is also limited to a predetermined maximum value i max to ensure safe operation of the steering system 1.
  • a withdrawal of the virtual or indirect translation of the steering system 1 takes place, for example, at a zero crossing of the Radlenkwinkels.
  • the area III is preferably transferred in the area VI, if the predetermined

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems (1) für ein Kraftfahrzeug, das einerseits eine von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedienbare Lenkhandhabe (2) und einen der Lenkhandhabe (2) zugeordneten Handmomentsteller (4) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine der Bedienung durch den Fahrer entgegenwirkende Dämpferkraft auf die Lenkhandhabe (2) auszuüben, und andererseits einen mit zumindest einem lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs gekoppelten Radwinkelsteller (8), der in Abhängigkeit von einer Bedienung der Lenkhandhabe (2) elektrisch dazu angesteuert wird, einen Lenkwinkel des zumindest einen Rads einzustellen. Es ist vorgesehen, dass die von dem Handmomentsteller (4) in Abhängigkeit von einer aktuellen Leistungsfähigkeit des Radwinkelstellers (8) die Dämpferkraft erzeugt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Lenksystems für ein
Kraftfahrzeug, Lenksystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug, das einerseits eine von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedienbare Lenkhandhabe, insbesondere Lenkrad oder Lenkhebel, und einen der Lenkhandhabe zugeordneten Handmomentsteller aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine der Bedienung durch den Fahrer entgegenwirkende Dämpferkraft auf die Lenkhandhabe auszuüben, und andererseits einen mit zumindest einem lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs gekoppelten
Radwinkelsteller, der in Abhängigkeit von der Bedienung der Lenkhandhabe elektrisch dazu angesteuert wird, einen Lenkwinkel des zumindest einen Rads einzustellen.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des oben genannten Verfahrens sowie ein Lenksystem, das eine solche Vorrichtung aufweist.
Stand der Technik
Lenksysteme, bei welchen eine direkte mechanische Kopplung zwischen den zu lenkenden Rädern und der von dem Benutzer zu bedienenden Lenkhandhabe unterbrochen ist, werden als Steer-by-Wire Lenksysteme bezeichnet, weil die Steuerung des Radlenkwinkels elektrisch erfolgt. Bei der Verwendung der Steer- by-Wire Technologie existiert ein Freiheitsgrad, der es erlaubt, dass die
Lenkhandhabe unabhängig von dem zu lenkenden Rad zu bewegen. Der Handmomentsteller übt im Normalbetrieb eine dem Fahrer entgegenwirkende Kraft zur Erzeugung eines Lenkgefühls auf die Lenkhandhabe aus, um die Rückkopplung mit den zu lenkenden Rädern zu simulieren. Diese Kraft wird bei Bedarf, insbesondere wenn die Lenkgeschwindigkeit einen zulässigen Bereich verlässt, mit einer Dämpfungskraft oder einen Dämpfungsmoment überlagert. Dadurch wird das Fahrgefühl für den Fahrer optimiert, indem insbesondere das Fahrgefühl eines herkömmlichen, mechanischen Lenksystems simuliert wird.
Aus der Offenlegungsschrift DE 100 21 814 Al ist ein derartiges Lenksystem bekannt, bei welchem außerdem bei einem Ausfall des Handmomentstellers die Verstellbewegung der Lenkhandhabe aktiv gedämpft wird, indem auf die
Lenkhandhabe eine Dämpfungskraft ausgeübt wird, die als Dämpfungsmoment der Bedienkraft oder dem Bedienmoment des Benutzers beziehungsweise des Fahrers entgegen wirkt. Bei einem Ausfall des Handmomentstellers wird durch eine separate Schaltungsanordnung ein Dämpfungsmoment zwischen Rotor und Stator des elektromotorischen Handmomentstellers erzeugt. Aus der
Offenlegungsschrift DE 100 51 187 Al ist ein Lenksystem bekannt, das auch bei Ausfall des Handmomentstellers den Betrieb des Lenksystems aufrechterhält. Hierzu sind ein Federelement und ein Dämpfungselement vorgesehen, die auf die Lenkhandhabe wirken, um die Verstellgeschwindigkeit der Lenkhandhabe zu beeinflussen. Auch die US 2007/0257461 Al offenbart ein Dämpfersystem für ein Steer-by-Wire Lenksystem und die Offenlegungsschrift WO 2016/031058 Al ein Lenksystem, bei welchem eine Abweichung zwischen der Lenkradbewegung und der Radwinkeleinstellung verhindert werden soll.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass das Lenkgefühl für den Fahrer weiter verbessert und damit die Fahrsicherheit und Beherrschbarkeit optimiert wird. Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht, wobei die von dem Handmomentsteller erzeugte Dämpferkraft in Abhängigkeit von einer aktuellen Leistungsfähigkeit des Radwinkelstellers erzeugt wird. Bei der
Ansteuerung des Handmomentstellers wird also berücksichtigt, in wie weit der Radwinkelsteller dazu in der Lage ist, einen durch die Lenkhandhabe
vorgegebenen Lenkwinkel an dem zumindest einen Rad umzusetzen. Dadurch erhält der Fahrer automatisch ein Feedback beziehungsweise eine Rückmeldung darüber, in wie weit das von ihm angeforderte Lenkmoment beziehungsweise der angeforderte Lenkwinkel umgesetzt werden. Insbesondere wird mit
abnehmender Leistungsfähigkeit des Radwinkelstellers die Dämpferkraft durch den Handmomentsteller erhöht, sodass der Fahrer intuitiv wahrnimmt, dass das Erreichen des gewünschten Lenkwinkels an dem zumindest einen Rad eine Bedienung der Lenkhandhabe mit erhöhtem Bedienmoment oder mit erhöhter Bedienkraft verlangt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die
Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem
eingestellten Ist-Radwinkel und einem einzustellenden Soll-Radwinkel des Rads ermittelt. Der Soll-Radwinkel wird dem Radwinkelsteller als Zielgröße
vorgegeben und der Ist- Radwinkel wird laufend überwacht, um die beiden miteinander vergleichen zu können. Mit zunehmender Differenz wird auf eine abnehmende Leistungsfähigkeit des Radwinkelstellers erkannt und vorzugsweise die Dämpferkraft erhöht, um den oben genannten Effekt zu erreichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit von einem eingestellten Stellmoment und einem Soll-Moment des Radwinkelstellers ermittelt wird. Hierbei wird überwacht, ob der Radwinkelsteller in der Lage ist, das zum Erreichen des Soll- Radwinkels notwendige Stellmoment zur Verfügung zu stellen. Entspricht das eingestellte Stellmoment nicht dem erwarten Soll-Moment, wird auf eine abgenommene Leistungsfähigkeit erkannt und die Dämpferkraft entsprechend erhöht. Hierbei kann auf normalerweise ohnehin verfügbare Signale des
Radwinkelstellers, welche das eingestellte Stellmoment beziehungsweise das Ist- Moment wiedergeben, zurückgegriffen werden. Hierzu wird beispielsweise der Betriebsstrom des Radwinkelstellers überwacht und mit einem erwarteten Betriebsstrom verglichen.
Vorzugsweise wird die Dämpferkraft in Abhängigkeit von einem von dem Fahrer auf die Lenkhandhabe ausgeübten Betätigungsmoment bestimmt. Hierdurch wird erreicht, dass eine auf die Bedienung der Lenkhandhabe angepasste
Dämpferkraft zur Verfügung gestellt wird, welche das Fahrverhalten für den Fahrer weiter verbessert. Insbesondere wird überwacht, ob überhaupt ein Betätigungsmoment auf die Lenkhandhabe ausgeübt wird.
Bevorzugt wird eine Dämpferkraft nur dann erzeugt, wenn ein
Betätigungsmoment erfasst wird. Wird kein Betätigungsmoment erfasst, liegt das Betätigungsmoment also bei null, so wird die Dämpferkraft nicht erzeugt.
Hierdurch wird verhindert, dass ungewollte Lenkbewegungen durch den
Handmomentsteller selbst eingeleitet werden. Darüber hinaus wird ein
Energieverbrauch minimiert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dämpferkraft in Abhängigkeit von einer Bewegungsgeschwindigkeit der
Lenkhandhabe bestimmt wird. Dadurch wird die Dämpferkraft an die Bedienung des Benutzers angepasst, wodurch die haptische Rückmeldung durch die Dämpferkraft umso natürlicher für den Fahrer wirkt, vergleichbar mit einem mechanischen Lenksystem.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Dämpferkraft mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit stärker gedämpft wird. Dadurch wirkt dem Fahrer ein erhöhtes Gegenmoment entgegen, wenn er die Lenkhandhabe schneller betätigt, wodurch eine vorteilhafte Rückmeldung an den Fahrer erfolgt. Der Fahrer wird dabei außerdem beim Betätigen der Lenkhandhabe gebremst, um Differenz zwischen dem Soll-Radwinkel und dem Ist-Radwinkel einzuhalten
beziehungsweise„einzufangen“. Dies ergibt sich insbesondere daraus, dass die Dämpferkraft in Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit und der
Bewegungsgeschwindigkeit der Lenkhandhabe ermittelt wird. Bei hohen
Bewegungsgeschwindigkeiten erhöht sich auch die Wahrscheinlichkeit, dass der Ist-Radwinkel von dem Soll-Radwinkel abweicht, sodass hier die erhöhte
Dämpferkraft von Vorteil ist, um die Bewegung der Lenkhandhabe abzubremsen und damit durch das Einbremsen des Benutzers beziehungsweise Fahrers an der Lenkhandhabe das lenkbare Rad innerhalb gewährter Toleranzen folgen kann.
Insbesondere erfolgt die Erhöhung der Dämpferkraft kontinuierlich oder stufenweise. Bei einer kontinuierlichen Erhöhung wird mit zunehmender Geschwindigkeit die Dämpferkraft korrespondierend erhöht. Erfolgt die Erhöhung stufenweise, so sind unterschiedliche Dämpferkräfte mit zunehmender
Bewegungsgeschwindigkeit vom Fahrer erspürbar. Dadurch erhält der Fahrer beispielsweise eine Mitteilung darüber, in welchem Geschwindigkeitsbereich er sich befindet. Für ein optimales Fahrerlebnis wird die kontinuierliche Erhöhung bevorzugt. In einer weiteren Ausführungsform ist eine Kombination aus einer stufenweisen und kontinuierlichen Erhöhung vorgesehen, wobei dann zunächst bei niedrigen Bewegungsgeschwindigkeiten keine erhöhende Dämpferkraft erfolgt, mit Überschreiten einer Grenzgeschwindigkeit die Dämpferkraft zunächst angehoben und dann kontinuierlich mit weiter zunehmender
Bewegungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Dämpferkraft in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einem Gradienten der
Bewegungsgeschwindigkeit oder einer Radwinkelstellgeschwindigkeit beeinflusst wird. Hierdurch ist eine weitere Optimierung der Dämpferkraft und damit des Fahrgefühls für den Fahrer gewährleistet.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Übersetzung zwischen der Lenkhandhabe und dem Radwinkelsteller in Abhängigkeit von der
Bewegungsgeschwindigkeit der Lenkhandhabe eingestellt wird. Bei
mechanischen Lenksystemen ist eine feste Übersetzung zwischen
Lenkhandhabe und eingestelltem Radwinkel vorgesehen, bei der im laufenden Betrieb nicht abgewichen werden kann. Durch die vorgeschlagene
Ausführungsform wird erreicht, dass im laufenden Betrieb die Übersetzung anpassbar ist, sodass sich der eingestellte Radwinkel im Verhältnis zum eingestellten Lenkwinkel an der Lenkhandhabe in Abhängigkeit von der
Bewegungsgeschwindigkeit verändert. So ist insbesondere vorgesehen, dass mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit der Lenkhandhabe und mit einem zunehmenden Soll-Radlenkwinkel ausgehend von einer neutralen Stellung die Übersetzung erhöht wird.
Insbesondere wird bei Überschreiten einer vorgebbaren Grenzgeschwindigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit die Übersetzung erhöht. Die
Grenzgeschwindigkeit, die zweckmäßigerweise größer null ist, dient somit also als auslösender Faktor für das Einleiten einer Veränderung der Übersetzung.
Erst bei Überschreiten der Grenzgeschwindigkeit wird die Übersetzung erhöht.
Vorzugsweise wird die Übersetzung auf einen maximalen Wert begrenzt, insbesondere unabhängig von einer Bewegungsgeschwindigkeit der
Lenkhandhabe. Dadurch wird sichergestellt, dass der Fahrer nicht durch einen unerwartet großen Lenkwinkel überrascht wird.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Übersetzung nur erhöht wird, wenn die Lenkhandhabe zum Erhöhen eines Radwinkels bedient wird. Das bedeutet, dass dann, wenn die Lenkhandhabe zum Reduzieren eines Radwinkels bedient wird, die Übersetzung nicht erhöht wird, unabhängig von der
Bewegungsgeschwindigkeit. Eine Rücknahme der virtuell und indirekt eingestellten, erhöhten Übersetzung erfolgt beispielsweise beim Nulldurchgang des Radlenkwinkels, wenn das Rad aus einer ausgelenkten Position in eine neutrale Position oder eine über die neutrale Position hinausgehenden Position bewegt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 zeichnet sich dadurch aus, dass das zumindest eine Steuergerät speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch, also beim Betrieb des Kraftfahrzeugs, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Hierdurch ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Gemäß einer ersten
Ausführungsform ist ein Steuergerät vorhanden, dass sowohl den
Handmomentsteller als auch den Radwinkelsteller betreibt. Alternativ sind gemäß einer weiteren Ausführungsform zwei Steuergeräte vorhanden, wobei eines den Radwinkelsteller und das andere den Handmomentsteller ansteuert. Außerdem ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass den beiden Steuergeräten ein übergeordnetes Steuergerät zugeordnet ist, welches die beiden Steuergeräte zum Betreiben des Handmomentstellers und des
Radwinkelstellers koordiniert. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Das erfindungsgemäße Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Es ergeben sich die bereits genannten Vorteile.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Darstellung,
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines vorteilhaften Verfahrens zum
Betreiben des Lenksystems,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens und Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel des Verfahrens.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein vorteilhaftes Lenksystem 1, das eine von einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs betätigbare Lenkhandhabe 2 aufweist, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als drehbar gelagertes Lenkrad 3 ausgebildet ist. Die Lenkhandhabe 2 ist mechanisch mit einem Handmomentsteller 4 verbunden, der dazu ausgebildet ist, einerseits die Drehposition des Lenkrads 3 zu überwachen und andererseits bei Bedarf eine Dämpferkraft, vorliegend in Form eines Dämpfungsmoments, auf die Lenkhandhabe 2 auszuüben, um einem von dem Fahrer auf das Lenkrad 3 aufgebrachten Bedienmoment entgegenzuwirken. Die Lenkhandhabe 2 und der Handmomentsteller 4 bilden zusammen eine Lenkeinheit 5, die dem
Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs mit der Lenkhandhabe 2 zugeordnet ist.
Das Lenksystem 1 weist weiterhin eine Lenkeinheit 6 auf, die zumindest eine mit verschwenkbar gelagerten Rädern des Kraftfahrzeugs gekoppelte oder koppelbare Spurstange 7 aufweist, welcher ein Radwinkelsteller 8 zugeordnet ist. Der Radwinkelsteller 8 weist beispielsweise einen elektromotorischen Aktuator auf, durch dessen Ansteuerung die Spurstange 7 zum Einstellen eines gewünschten Radwinkels an den Rädern verschoben wird. Der Radwinkelsteller 8 ist mit der Lenkeinheit 5 lediglich signaltechnisch gekoppelt. Hierzu ist insbesondere ein Steuergerät 9 vorhanden, das sowohl mit dem
Handmomentsteller 4 als auch mit dem Radwinkelsteller 8 signaltechnisch verbunden ist. In Abhängigkeit von einem erfassten Drehwinkel der
Lenkhandhabe 2 steuert das Steuergerät 9 den Radwinkelsteller 8 an, um die Spurstange 7 derart zu verschieben, dass ein durch die Lenkhandhabe 2 angeforderter Soll- Radwinkel durch den Radwinkelsteller 8 und das Verschieben der Spurstange 7 an den Rädern eingestellt wird. Während gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nur ein Steuergerät 9 vorhanden ist, ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (hier nicht dargestellt) vorgesehen, dass sowohl für den Handmomentsteller 4 als auch für den Radwinkelsteller 8 jeweils ein eigenes Steuergerät vorhanden ist, wobei die Steuergeräte beispielsweise direkt miteinander kommunizieren und/oder durch ein weiteres übergeordnetes Steuergerät betrieben/angesteuert werden.
Bei einer Lenkbewegung kann es dazu kommen, dass zwischen dem Soll- Radwinkel, der durch die Lenkhandhabe 2 vorgegeben wird, und dem tatsächlich eingestellten Ist- Radwinkel eine Abweichung entsteht. Hier wird von einem sogenannten Phasenaufbau gesprochen. Dabei kann der Phasenaufbau in Abhängigkeit des Betrags oder Lenkfrequenz bis zu einer Gegenphase in der Lenkbewegung am Lenkrad 3 und im Lenksystem 1 führen. Die Folgen daraus sind, dass bei einem Fahrmanöver, das eine schnelle Lenkradbewegung erfordert, wie beispielsweise bei einer Slalomfahrt, oder beim Abfangen einer Übersteuersituation, das Fahrzeugverhalten nur schwer beherrschbar ist. Um dies zu vermeiden ist vorliegend vorgeschlagen, dass zum Verhindern der Differenz zwischen Soll-Radwinkel und Ist- Lenkwinkel die Lenkbewegung der Lenkhandhabe korrespondierend in dem Maß gedämpft wird, wie das
Lenksystem 1 dem angeforderten Soll-Radwinkel folgen kann. Hierzu wird in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und optional auch des Geschwindigkeitsgradienten, der Bedienung der Lenkhandhabe ein
Gegenmoment an der Lenkhandhabe 2 durch das Erzeugen einer Dämpferkraft mittels des Handmomentstellers 4 erzeugt. Hierdurch erfolgt eine Reduktion der Bediengeschwindigkeit der Lenkhandhabe durch den Fahrer. Für eine
Rotationsbewegung gilt, dass sich ein auf das rotierende Element wirkendes Dämpfungsmoment M aus der Multiplikation einer Dämpfungskonstante, die auf die Rotation wirkt, und der Lenkwinkel- beziehungsweise Bewegungsgeschwindigkeit f ergibt. Daraus ergibt sich für die Anwendung für der in Figur 2 gezeigte Soll-Verlauf für die wirkende Dämpferkraft
beziehungsweise das dem Fahrer entgegenwirkende Dämpfungsmoment M in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit f .
Figur 2 zeigt dabei, dass das Dämpfungsmoment erst ab einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit f G erhöht wird. Dadurch entsteht ein zulässiger Bereich I, innerhalb dessen mit zunehmender Lenkradwinkelgeschwindigkeit das
Dämpfungsmoment nicht zunimmt oder nicht vorgegeben wird, bis die
Grenzgeschwindigkeit f G erreicht ist. Erst in dem anschließenden Bereich II wird der durch den Fahrer induzierten Bewegung der Lenkhandhabe 2
entgegengewirkt. Der Verlauf des Momentenaufbaus des Dämpfungsmoments M kann linear oder nicht linear erfolgen. Neben der reinen Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit f der Lenkhandhabe 2 können außerdem
Abhängigkeiten von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Gradient der Erhöhungsgeschwindigkeit als zusätzliche Parameter bei der Einstellung des Dämpfungsmoments M beziehungsweise der Dämpferkraft berücksichtigt werden. Als unabhängige Größe kann analog auch die Radwinkelbewegung herangezogen werden, da diese ohne Abhängigkeit von einer gegebenenfalls eingestellten Übersetzung zwischen Lenkeinheit 4 und Lenkeinheit 5
vergleichbar ist.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Betreiben des Lenksystems 1. Dabei wird eine sogenannte Catch-up oder Einfangfunktion realisiert. Unter dem Einfangen wird das Verhärten, also der Anstieg der
Dämpferkraft bezeichnet, wenn die Leistung des Radwinkelstellers nicht der erwarteten Leistung entspricht, um der externen, also der von dem Fahrer aufgebrachten Kraft entgegenzuwirken. Weil der Fahrer jedoch weiterhin eine Lenkbewegung anfordert, wird er entsprechend mehr Momente aufbringen, um die Bewegung trotz der externen Kraft zu realisieren. Im Fall von keiner mechanischen Verbindung zwischen Lenkrad 3 und Radwinkelsteller an den Rädern muss das Einfangen auf anderem Weg hergestellt werden. Die vorliegend beschriebene Funktion soll bei reduzierter Leistung beziehungsweise nicht ausreichender Leistung des Radwinkelstellers die Eingabe durch den Fahrer, also das auf das Lenkrad ausgeübte Bedienmoment erhöhen. Im Unterschied zu einer reinen Dämpfung, wie sie zuvor beschrieben wurde, wird nunmehr auch die Leistungsfähigkeit des Radwinkelstellers berücksichtigt.
Figur 3 zeigt hierzu die Struktur der Einfangfunktion. Eine erste Komponente a stellt eine Einblendung beziehungsweise einen Momentenanteil in Abhängigkeit eines Leistungsverlustes des Radwinkelstellers dar. Das Gütekriterium ist hierbei bevorzugt die Differenz zwischen der einzustellenden Soll- Radlenkwinkelgeschwindigkeit anvRWSoll zu der tatsächlich vorliegenden Ist- Radlenkwinkelgeschwindigkeit anvRWIst. Auch die
Radlenkwinkelgeschwindigkeit oder die erkannte Reduktion des zur Verfügung stellbaren Bewegungsmoment des Radwinkelstellers können ausschlaggebend für die Beurteilung des Leistungsverlusts beziehungsweise der Leistungsfähigkeit des Radwinkelstellers 2 sein. Vorzugsweise ist das Ausgangssignal der
Komponente a ein stetiges Signal im Wertebereich 0 bis 1.
Eine Komponente b stellt eine Einblendung in Abhängigkeit eines
Bedienmoments durch den Fahrer an der Lenkhandhabe 2 dar. Hier wird das durch den Fahrer auf die Lenkhandhabe 2 ausgeübte Bedienmoment torDriver berücksichtigt. Dabei soll vermieden werden, dass eine zusätzliche Dämpfung erfolgt, wenn der Fahrer nicht aktiv lenkt und beispielsweise seine Hände von dem Lenkrad genommen hat. Nur wenn ein bestimmtes Bedienmoment am Bedienelement anliegt, soll die Dämpfung beziehungsweise das Einfangen wirksam sein, um ein ungewolltes Verstellen der Lenkhandhabe zu vermeiden. Optional wird zusätzlich die Fahrzeuggeschwindigkeit velFzg berücksichtigt.
Eine weitere Komponente c stelle die eigentliche momtenbildende Funktion dar. Durch die Komponente c wird auf Basis der Bewegungsgeschwindigkeit f der
Lenkhandhabe 2, die sich aus dem aufgebrachten Bedienmoment torDriver ergibt, ein Dämpfungsmoment berechnet, analog zu dem zuvor beschriebenen Dämpfungsmoment. Die Dämpfungskonstante wird dabei bevorzugt in
Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Lenkgeschwindigkeit, einem aktuellen Lenkradwinkel oder einer Lenkbewegung und deren Bezug zur Neutralstellung der Lenkhandhabe 2 vorgegeben. Je nachdem, ob der Fahrer das Lenkrad 3 weiter zum Endanschlag auslenkt oder das Bedienelement zur Mitte zurückführt, wird die Dämpfungskonstante bevorzugt variiert. Aus den drei Komponenten a, b und c ergibt sich das Gesamt- Dämpfungsmoment torCatchUp.
Figur 4 zeigt ein weiteres Diagramm zur Erläuterung einer vorteilhaften
Weiterbildung des Verfahrens. Dabei ist über die Soll-Radlenkgeschwindigkeit oosoii eine gewünschte Übersetzung i zwischen Lenkeinheit 5 und Lenkeinheit 6 eingezeichnet. Grundsätzlich wird für Steer-by-Wire Systeme eine berechnete Gesamtlenkübersetzung eingestellt. Diese kann stark nicht-linear durch
Zahnstangenhub, Fahrzeuggeschwindigkeit oder weitere Größen abhängig sein. Heutige Lenksysteme haben Gesamtlenkübersetzungen von ca. 15. Dies bedeutet, es werden ca. 15° Lenkwinkel am Lenkrad 3 benötigt, um 1°
Radlenkwinkel zu erzeugen. Eine Erhöhung der Übersetzung bedeutet, die Übersetzung wird indirekter, das heißt die Radlenkgeschwindigkeit wird bei gleicher Lenkradwinkelgeschwindigkeit reduziert.
Durch das vorliegende Verfahren wird die Lenkübersetzung i bei kleineren Fahrzeuggeschwindigkeiten indirekter ausgelegt. Die genannte direkte
Übersetzung führt dazu, dass der Fahrer weniger Lenkarbeit in Lenkweg und Lenkgeschwindigkeit aufbringen muss, um eine entsprechende
Radlenkbewegung an dem jeweiligen Rad und damit eine entsprechende Fahrzeugreaktion im Betrieb zu erzeugen. Gleichzeitig bedeutet es, dass die Leistung nicht mehr auf eine maximale Lenkradwinkelgeschwindigkeit bezogen werden kann, da durch die direkte Übersetzung i das System überdimensioniert wäre.
Bevorzugt wird bei Erkennen einer hohen Bewegungsgeschwindigkeit an der Lenkhandhabe 2 die Übersetzung i zwischen Lenkeinheit 5 und Lenkeinheit 6 erhöht, um einen optimierten Betrieb des Lenksystems 1 zu erlauben. Dabei wird eine Erhöhung bevorzugt nur beim Auslenken, also beim Verstellen der Räder aus einer neutralen Ausgangsposition (in Geradeausfahrt) erlaubt. Die Erhöhung wird dabei außerdem auf einen vorgegebenen Maximalwert imax begrenzt, um einen sicheren Betrieb des Lenksystems 1 zu gewährleisten. Eine Rücknahme der virtuellen beziehungsweise indirekten Übersetzung des Lenksystems 1 erfolgt beispielsweise bei einem Nulldurchgang des Radlenkwinkels. Auch in dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt somit ein Bereich III vor, in welchem das Lenkverhalten nicht beeinflusst wird, und ein Bereich IV, in welchem die Übersetzung erhöht wird. Von dem Bereich III wird in dem Bereich VI vorzugsweise dann übergegangen, wenn die vorgegebenen
Grenzgeschwindigkeit f G überschritten wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems (1) für ein Kraftfahrzeug, das einerseits eine von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedienbare
Lenkhandhabe (2) und einen der Lenkhandhabe (2) zugeordneten
Handmomentsteller (4) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine der Bedienung durch den Fahrer entgegenwirkende Dämpferkraft auf die Lenkhandhabe (2) auszuüben, und andererseits einen mit zumindest einem lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs gekoppelten Radwinkelsteller (8) aufweist, der in Abhängigkeit von einer Bedienung der Lenkhandhabe (2) elektrisch dazu angesteuert wird, einen Lenkwinkel des zumindest einen Rads einzustellen, dadurch
gekennzeichnet, dass von dem Handmomentsteller (4) in Abhängigkeit von einer aktuellen Leistungsfähigkeit des Radwinkelstellers (8) die Dämpferkraft erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem eingestellten Ist-Radwinkel und einem einzustellenden Soll-Radwinkel des Rads ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit von einem eingestellten Stellmoment und einem Soll-Moment des Radwinkelstellers (8) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferkraft in Abhängigkeit von einem von dem Fahrer auf die Lenkhandhabe (2) ausgeübten Bedienmoment bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferkraft nur erzeugt wird, wenn ein auf die Lenkhandhabe (2) wirkendes Bedienmoment erfasst wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferkraft in Abhängigkeit von einer
Bewegungsgeschwindigkeit der Lenkhandhabe (2) bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferkraft mit zunehmender
Bewegungsgeschwindigkeit erhöht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung kontinuierlich oder stufenweise erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferkraft in Abhängigkeit von einer
Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eines Gradienten der
Bewegungsgeschwindigkeit und/oder einer Radwinkelstellgeschwindigkeit beeinflusst wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzung (i) zwischen der Lenkhandhabe (2) und dem Radwinkelsteller (8) in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit der Lenkhandhabe (2) eingestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer vorgebbaren Grenzgeschwindigkeit für die
Bewegungsgeschwindigkeit die Übersetzung (i) erhöht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Übersetzung (i) auf einen vorgebbaren Maximalwert (imax) begrenzt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Übersetzung (i) nur erhöht wird, wenn die
Lenkhandhabe (2) zum Erhöhen eines Radwinkels bedient wird.
14. Vorrichtung zum Betreiben eines Lenksystems (1) eines Kraftfahrzeugs, das einerseits eine von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedienbare
Lenkhandhabe (2) und einen der Lenkhandhabe (2) zugeordneten
Handmomentsteller (4) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine der Bedienung durch den Fahrer entgegenwirkende Dämpferkraft auf die Lenkhandhabe (2) auszuüben, und andererseits einen mit zumindest einem lenkbaren Rad des
Kraftfahrzeugs gekoppelten Radwinkelsteller (8) aufweist, der durch zumindest ein Steuergerät (9) in Abhängigkeit von einer Bedienung der Lenkhandhabe (2) durch den Benutzer elektrisch dazu ansteuerbar ist, einen Lenkwinkel des zumindest einen Rads einzustellen, gekennzeichnet durch das zumindest eine Steuergerät (9), welches speziell dazu hergerichtet ist, bei
bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen.
15. Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Lenksystem (1) einerseits eine von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedienbare Lenkhandhabe
(2) und einen der Lenkhandhabe (2) zugeordneten Handmomentsteller (4) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine der Bedienung durch den Fahrer entgegenwirkende Dämpferkraft auf die Lenkhandhabe (2) auszuüben, und andererseits einen mit zumindest einem lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs gekoppelten Radwinkelsteller (8) aufweist, gekennzeichnet durch eine
Vorrichtung nach Anspruch 14.
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