DE102009002743A1

DE102009002743A1 - Verfahren zum Betreiben eines aktiven Lenksystems sowie aktives Lenksystem

Info

Publication number: DE102009002743A1
Application number: DE102009002743A
Authority: DE
Inventors: Jitendra Shah; Oliver Nehls; Sergio Codonesu; Lodewijk Wijiffels
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-05-01
Also published as: US20130317700A1; DE102009002743B4; US20100280716A1; US8515622B2; US9550519B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Lenksystems sowie ein aktives Lenksystem. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines aktiven Lenksystems, wobei mittels des aktiven Lenksystems eine Lenkübersetzung zwischen einem vom Fahrer vorgebbaren Lenkradwinkel und einem Radeinschlagswinkel durch Überlagerung eines Überlagerungswinkels modifizierbar ist, weist folgende Schritte auf: Erfassen eines Offsets zwischen einem angeforderten Überlagerungswinkel und einem tatsächlichen Überlagerungswinkel und Reduzieren dieses Offsets, wobei eine Reduzierungsrate dieser Reduzierung in Abhängigkeit von wenigstens einer durch den Fahrer vorgegebenen Eingangsgröße gewählt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Lenksystems, sowie ein aktives Lenksystem.
Ein aktives Lenksystem (auch als ”aktive Vorderachsenlenkung” oder kurz: AFS-System, AFS = ”active front steering” bezeichnet) ermöglicht es, die Lenkübersetzung vom Lenkradwinkel zum Radeinschlagswinkel (d. h. zum Winkel zwischen dem jeweiligen Rad und der Fahrbahn) durch Addition eines Zusatz- oder Überlagerungswinkels, welcher von einem einen Elektromotor aufweisenden Aktuator bereitgestellt wird, zu modifizieren. Dieser Winkel wird im Folgenden als Motorwinkel bezeichnet. Dabei wird der gewünschte Radeinschlagswinkel durch einen geeigneten Algorithmus berechnet. Das Tuning des Algorithmus kann während der Fahrt geändert werden, wie z. B. bei Einstellung eines Komfort- oder Sport-Betriebsmodus.
Während eines Hochfahrens, während einer Initialisierung oder während einer Änderung bestimmter Einstellungen (wie z. B. der Einstellung eines Komfort- oder Sport-Betriebsmodus) kann eine Abweichung bzw. Differenz zwischen dem Sollwert für den Motorwinkel und dem tatsächlichen Motorwinkel auftreten. Ohne weitere Maßnahmen wird der Aktuator dann versuchen, den Sollwert für den Motorwinkel mit voller Drehzahl des Elektromotors einzustellen. Dies hat jedoch zur Folge, dass der Radeinschlagswinkel ohne Einflußnahme des Fahrers bzw. ungeachtet von dessen Fahr- oder Lenkabsicht verändert wird, so dass der Fahrer den Eindruck erhält, dass das Fahrzeug außer Kontrolle gerät.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Lenksystems sowie ein aktives Lenksystem bereitzustellen, durch welche die vorstehenden Probleme teilweise oder vollständig vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruchs 7 gelöst.
Ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Lenksystems in einem Fahrzeug, wobei mittels des aktiven Lenksystems eine Lenkübersetzung zwischen einem vom Fahrer vorgebbaren Lenkradwinkel und einem Radeinschlagswinkel durch Überlagerung eines Überlagerungswinkels modifizierbar ist, weist folgende Schritte auf:
Erfassen eines Offsets zwischen einem angeforderten Überlagerungswinkel und einem tatsächlichen Überlagerungswinkel, und
Reduzieren dieses Offsets, wobei eine Reduzierungsrate dieser Reduzierung in Abhängigkeit von wenigstens einer durch den Fahrer vorgegebenen Eingangsgröße gewählt wird.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine allmähliche, sanfte Eliminierung bzw. Kompensation einer Abweichung zwischen einem tatsächlichen Motorwinkel und dem gewünschten Motorwinkel bzw. dem Sollwert für den Motorwinkel erzielt. In Testläufen konnte nachgewiesen werden, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Eliminierung des Offset-Winkels erzielt werden kann, ohne dass diese Eliminierung für den Fahrer wahrnehmbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Eliminierung des Offset-Winkels, im Folgenden auch als ”Offset-Kompensation” bezeichnet, in synchronisierter Weise während der Lenkung des Fahrzeuges durch den Fahrer durchgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Eingangssignale, welche bei der Reduzierung bzw. Eliminierung des Offset-Winkels verwendet werden, die Lenkradgeschwindigkeit, der Radeinschlagswinkel und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit. Dabei wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere berücksichtigt, wie der Fahrer das Fahrzeug lenkt (schnelle Lenkung, Lenkung zurück in die mittlere ”Geradeaus”-Position etc.).
Gemäß einer Ausführungsform wird der Überlagerungswinkel mittels eines Elektromotors bereitgestellt, wobei sich bei bestimmten Systemzuständen (z. B. während des Hochfahrens des Systems) Offsets ergeben können.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren erst durchgeführt, wenn eine externe Anforderung zur Erfassung des Offset-Winkels zwischen dem gewünschten Radeinschlagswinkel und dem gemessenen Radeinschlagswinkel vorliegt. Wenn ein Offset-Winkel existiert, jedoch keine Erfassung des Offset-Winkels angefordert wird, wird der ungeänderte Sollwert für den Motorwinkel ausgegeben.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein schematisches Übersichtsdiagramm eines AFS-Systems, in welchem ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert wird;
2 ein Blockdiagramm mit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Modulen;
3 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des Ratenbegrenzungs-Moduls aus 2; und
4 ein Diagramm für ein Beispiel des sich ergebenden Radeinschlagswinkels während der Durchführung des Algorithmus.
1 zeigt ein schematisches Übersichtsdiagramm eines AFS-Systems, in welchem ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert wird.
Das AFS-System umfasst insbesondere ein mit einem vom Fahrer 5 betätigten Lenkrad 10 in Wirkverbindung stehendes Wellgetriebe 20 (auch: Überlagerungsgetriebe oder AFS-Getriebe). Ein durch dieses Wellgetriebe erzeugter Überlagerungswinkel bzw. Motorwinkel wird über einen Elektromotor (z. B. einen Hohlwellenmotor) 25 eingestellt, um den Radeinschlagswinkel der Räder (linkes Rad 11 und rechtes Rad 12) auf einen durch das AFS-System erzeugten Radeinschlagswinkel δ_Rad einzustellen, wobei dieser Winkel δ_Rad gegeben ist durch δ_Rad = δ_drv + δ_Motor.
Das Wellgetriebe 20 addiert bzw. subtrahiert somit einen vorgebbaren Motorwinkel δ_Motor zum Fahrerlenkwinkel δ_drv. Die Summe dieser beiden Winkel wirkt dann auf das Lenkgetriebe, welches den Radeinschlag erzeugt.
Dabei bezeichnet δ_drv den vom Fahrer vorgegebenen Fahrerlenkwinkel (resultierend aus dem Lenkradwinkel δ_SW), und δ_Motor bezeichnet den durch den Elektromotor 25 über das AFS-Getriebe 20 erzeugten und dem Fahrerlenkwinkel δ_drv überlagerten Motorwinkel. Gemäß 1 ist ferner eine hydraulische oder elektrische Antriebsunterstützung (kurz: PAS) 50 vorgesehen.
Im Weiteren werden folgende Definitionen verwendet: Offset-Winkel = geforderter Motorwinkel – gemessener Motorwinkel (1) Sollwert für Motorwinkel = geforderter Motorwinkel – Korrekturwinkel von SOC (2)
Wenn keine Synchronisationsanforderung vorliegt, wird Gleichung (2) zu: Sollwert für Motorwinkel = geforderter Motorwinkel (3)
Wenn eine Synchronisationsanforderung vorliegt, wird Gleichung (2) zu: Sollwert für Motorwinkel = geforderten Motorwinkel – Offset-Winkel·Funktion F(W_SteWhl, ...) (4)
Die Funktion F ist unter anderem abhängig von der Lenkradgeschwindigkeit (W_SteWhl) und bestimmt, um wie viel der Offset-Winkel reduziert werden darf. Der resultierende, geänderte Offset y_k ist also = Offset-Winkel·F.
Somit wird, wenn keine Synchronisationsanforderung vorliegt, der Sollwert gleich dem geforderten Motorwinkel gesetzt, wohingegen bei Vorliegen der Synchronisationsanforderung ein von der Lenkradgeschwindigkeit abhängiger Faktor bei der Offset-Kompensation einbezogen wird.
2 zeigt zunächst anhand eines Blockdiagramms die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Module. Hierbei handelt es sich um ein Ratenbegrenzungs-Modul 210 (= ”RateLimiter”), ein Zustandsentscheidungs-Modul 220 (= ”StateDecision”), ein Offset-Arbitrations-Modul 230 (= ”OffsetArbitration”) und ein Differenz-Modul 240 (= ”Difference”).
Die Hauptaufgabe des Ratenbegrenzungs-Moduls 210 besteht darin, den durch die AFS-Regelung erzeugten Offset zu reduzieren.
Die Hauptaufgabe des Differenz-Moduls 240 besteht in der Berechnung des Offset-Winkels (geforderter Winkel – gemessener Winkel).
Die Hauptaufgabe des Offset-Arbitrations-Moduls 230 besteht in der Ausgabe des neu berechneten Sollwerts (entweder des ungeändert geforderten Winkels oder bei Synchronisationsanforderung des geänderten geforderten Winkels nach Gleichung (4)).
Der geänderte Offset y_k wird mittels des Ratenbegrenzungs-Moduls 210 in synchronisierter Weise abhängig von der Lenkradgeschwindigkeit und der Offset-Reduzierungsgeschwindigkeit reduziert.
Die Rate R wird wie folgt gemäß Gleichung (5) berechnet:
Die Variable x_k ist die Eingangsgröße für das Ratenbegrenzungs-Modul 210, t_s = t_k – t_k-1 bezeichnet eine feste Abtastzeit. Die Variable y_k-1 bezeichnet die Ausgangsgröße des vorangegangenen Schrittes. Die Rate wird dann entsprechend begrenzt, und es wird die Berechnung für den nächsten Ausgabeschritt wie folgt ausgeführt: yk = ts·Rhigh + yk-1 wenn R > Rhigh (6) yk = ts·Rlow + yk-1 wenn R < Rlow (7) yk = xk wenn R zwischen Rhigh und Rlow. (8)
Hieraus resultiert das in 3 dargestellte Verhalten.
Bei der vorstehend erläuterten Implementierung wurde der Ratenbegrenzungsalgorithmus so ausgelegt, dass nur der Offset gespeichert wird. Eine modifizierte Implementierung ist in den nachfolgenden Gleichungen (9)–(15) angegeben. yk = xk – Δk (9)
Somit wird Gleichung (5) zu:
Die Ausgangsgleichungen ändern sich ebenfalls, indem y durch x und Δ ersetzt wird.
Wenn R > R_high: xk – Δk = ts·Rhigh + xk-1 – Δk-1 (11)
Hieraus folgt: Δk = Δk-1 + xk – xk-1 – ts·Rhigh (12)
Wenn R < R_low: xk – Δk = ts·Rlow + xk-1 – Δk-1 (13)
Hieraus folgt: Δk = Δk-1 + xk – xk-1 – ts·Rlow (14) Δk = Δk-1 (15)
Der Referenz-Offset X(k) wird immer auf Null eingestellt, so dass der erfaßte Offset auf Null reduziert wird. Da X(k) immer Null beträgt, erhält man die folgenden Gleichungen:
Die Erzeugung eines neuen Offset-Wertes ergibt sich somit wie folgt: Δk = Δk-1 + ts·Rhigh falls R > Rhigh Δk = Δk-1 + ts·Rlow falls R < Rlow. Δk = xk = 0 falls Rlow < R < Rhigh (17)
4 zeigt ein Diagramm für ein Beispiel des sich ergebenden Radeinschlagswinkels während der Durchführung des Algorithmus. Dabei sind in 4a der durch das variable Übersetzungsverhältnis des aktiven Lenksystems eingestellte Winkel (VGR = „variable gear ratio”) und der Lenkradwinkel aufgetragen. In 4b ist der Offset-Winkel, d. h. die Differenz zwischen dem geforderten Motorwinkel und dem gemessenen Motorwinkel aufgetragen, sowie der zur Reduzierung dieses Offsets eingestellte Winkel (SOC = „Synchronization and Offset compensation” = Synchronisations- und Offset-Kompensationswinkel).

Claims

Verfahren zum Betreiben eines aktiven Lenksystems in einem Fahrzeug, wobei mittels des aktiven Lenksystems eine Lenkübersetzung zwischen einem vom Fahrer vorgebbaren Lenkradwinkel und einem Radeinschlagswinkel durch Überlagerung eines Überlagerungswinkels modifizierbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Erfassen eines Offsets zwischen einem angeforderten Überlagerungswinkel und einem tatsächlichen Überlagerungswinkel; und b) Reduzieren dieses Offsets, wobei eine Reduzierungsrate dieser Reduzierung in Abhängigkeit von wenigstens einer durch den Fahrer vorgegebenen Eingangsgröße gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Fahrer vorgegebene Eingangsgrößen) die Lenkradgeschwindigkeit, den aktuellen Radeinschlagswinkel und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit umfaßt bzw. umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren des Offsets mit einem durch den Fahrer erzeugten Lenkvorgang synchronisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlagerungswinkel mittels eines Elektromotors bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) und b) erst durchgeführt werden, wenn eine externe Anforderung zur Erfassung des Offsets vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn keine externe Anforderung zur Erfassung des Offsets vorliegt, ein geforderter Überlagerungswinkel als Sollwert für den Überlagerungswinkel gewählt wird.
Aktives Lenksystem für ein Fahrzeug, wobei mittels des aktiven Lenksystems eine Lenkübersetzung zwischen einem von einem Fahrer des Fahrzeuges vorgebbaren Lenkradwinkel und einem Radeinschlagswinkel durch Überlagerung eines Überlagerungswinkels modifizierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, einen Offset zwischen einem angeforderten Überlagerungswinkel und einem tatsächlichen Überlagerungswinkel in Abhängigkeit von wenigstens einem durch den Fahrer vorgegebenen Eingangssignal zu reduzieren.