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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, ein Lenksystem sowie ein Verfahren zur Rückmeldung an einen Anwender eines motorisch unterstützten Lenksystems. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Selektion zwischen Nutz- und Störinformationen bei der haptischen Rückmeldung an einen Fahrzeugführer.
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Zur Erhöhung von Fahrsicherheit und Anwenderkomfort werden moderne Fahrzeuge mit unterstützten Lenksystemen ausgestattet, welche die vom Anwender aufzubringenden Lenkkräfte verringern. Um hierbei ein natürliches Lenkgefühl für den Anwender zu bewahren, werden erhebliche Anstrengungen unternommen, die von der befahrenen Straßenoberfläche erhaltenen Rückmeldungen für den Fahrer des Fahrzeugs erlebbar ans Lenkrad zu übertragen. Gewünschte Informationen im Rückmeldungspfad sind dabei bestimmte Momentenverläufe, die mit einer konkreten Ursache in Verbindung gebracht werden können.
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Im Stand der Technik wird bspw. eine Unterscheidung zwischen Nutz- und Störinformationen anhand einer Frequenzanalyse der von der Fahrbahn stammenden Wechselsignale vorgeschlagen. Dabei werden bestimmte Frequenzbereiche ursachenbezogen zugeordnet und als wünschenswert zu beurteilende Frequenzbereiche weitergeleitet bzw. als störend empfundene Frequenzbereiche im Rückmeldepfad unterdrückt oder zumindest stark abgeschwächt.
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Da den jeweiligen Ursachen von Nutz- oder Störinformationen jeweils nur ein statischer Frequenzbereich, jedoch keine konkrete Frequenz, zugeordnet werden kann, kommt es zu weitreichenden Überschneidungen bei der bekannten Frequenzanalyse. Eine eindeutige Zuordnung und damit auch Erkennung von Nutz- oder Störinformationen ist damit alleine durch Betrachtung der Frequenzen der am Lenksystem anliegenden Kräfte nicht möglich. Das bisherige Vorgehen bei der Auslegung der Lenkungsrückmeldung bzw. des "Lenkgefühls" beschränkt sich stets auf die Abstimmung im Rahmen aufwendiger Testfahrten durch ausgewählte Expertenfahrer.
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DE-10-2010 025 197 A1 offenbart ein Verfahren zur Filterung eines Soll-Wertsignals für eine Unterstützungsfunktion in einem Lenksystem. In Abhängigkeit einer Fahrsituation wird ein Filter parametriert, mittels dessen ein Teil eines resultierenden Soll-Wertsignals für ein Unterstützungsmoment erzeugt wird. Eine filtertechnische Behandlung einer Rückmeldung an den Fahrer ist indes nicht vorgeschlagen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Rückmeldungen eines Lenksystems hinsichtlich des Nutz-/Störinformationsgehaltes zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Rückmeldung an einen Anwender eines motorisch unterstützten Lenksystems gelöst. Das Lenksystem kann bspw. ein mittels Öldruck, mittels elektromotorischer Kraft oder anderweitig unterstütztes Lenksystem sein. Insbesondere kann das Lenksystem auch ein sogenanntes "Steer-by-Wire"-Lenksystem sein, bei welchem auf eine mechanische Kraftübertragung gänzlich verzichtet wird. Bei den vorgenannten Lenksystemen ist eine geeignete Rückmeldung an den Anwender über ein Handmoment (haptisch erfassbares Moment am Lenkhandrad) vorteilhaft für das Anwendererlebnis. In einem ersten Schritt wird ein Signal repräsentierend eine Zahnstangenkraft des Lenksystems ermittelt. Dies kann bspw. eine sensorische Ermittlung und/oder eine Berechnung der Zahnstangenkraft umfassen. Sensorwerte können bspw. über Kraftsensoren und/oder elektrische Stromsensoren ermittelt werden. Das Signal kann auch als CAN-Nachricht oder unter Vermittlung eines anderen BUS-Systems empfangen werden. Das Signal kann einen Gleichanteil und einen Wechselanteil der Zahnstangenkraft repräsentieren. Zusätzlich wird erfindungsgemäß ein Verlauf des Signals repräsentierend die Zahnstangenkraft über der Zeit untersucht. Mit anderen Worten werden zeitlich aufeinanderfolgende Punkte des Zahnstangenkraftverlaufes untersucht, insbesondere miteinander verglichen. Nicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung als eine solche Untersuchung zu verstehen ist eine bloße Analyse eines Spektrums eines beliebigen Signalabschnittes. Als „Verlauf“ des Signals kann also auch eine Änderung des Signals gegenüber einem zeitlich früheren Zustand verstanden werden, welche erfasst und untersucht wird. Anschließend wird der Verlauf (bzw. die Änderung) des Signals mit einer vordefinierten ersten Referenz verglichen. Die Referenz kann als Speicherwert, als Kennfeld, als mathematische Vorschrift, o.ä., abgespeichert sein. Die Referenz kann beispielsweise einen bestimmten Fahrzustand bzw. Fahrzeugzustand eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fahrzeugs klassifizieren bzw. kennzeichnen. Im Falle eines vordefinierten Ergebnisses des Vergleiches wird eine haptische Rückmeldung an den Anwender auf Basis der vordefinierten ersten Referenz ausgegeben. Beispielsweise kann einer vordefinierten ersten Referenz ein Zeitverlauf, ein Kraftverlauf, ein Momentenverlauf o.ä. über der Zeit zugeordnet sein, welcher im Ansprechen auf eine vordefinierte Verwandtschaft zwischen dem Signal und der ersten Referenz über einen Rückmeldungspfad des Lenksystems ausgegeben wird. Beispielsweise kann die erste Referenz eine Haftreibungsgrenze oder eine maximal übertragbare Seitenkraft charakterisieren. Die Information der Haftreibungsgrenze ermöglicht dem Fahrer vorausschauend, die Kurvenfahrt im Grenzbereich anzupassen. Die Information der maximal übertragbaren Seitenkraft ermöglicht dem Fahrer eine Kurvenfahrt mit maximaler Querbeschleunigung. Weitere den Fahrzustand des Fahrzeugs beschreibende Größen sind die Reisegeschwindigkeit des Fahrzeugs, der Lenkwinkel, die Beschleunigung, die Änderung des Lenkwinkels sowie ein Druck im Bremssystem repräsentierend eine aktuelle Bremskraft.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erste Referenz kann beispielsweise einen charakteristischen Zahnstangenkraftverlauf über der Zeit charakterisieren, welcher durch eine Reibwertänderung eines Reibwertes zwischen einer fahrbaren Oberfläche und einer Bereifung des Fahrzeugs gekennzeichnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der charakteristische Zahnstangenkraftverlauf ein Untersteuern und/oder ein Übersteuern des Fahrzeugs kennzeichnen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Überfahrt einer Bodenunebenheit wie z.B. ein Schlagloch, eine Wulst, eine Bodenwelle o.ä., durch den Zahnstangenkraftverlauf charakterisiert werden. Entsprechend können erfindungsgemäß die vorgenannten Fahrzeugzustände bzw. Fahrzustände anhand der ersten Referenz erkannt und die haptische Rückmeldung an den Anwender auf Basis der ersten Referenz angepasst bzw. ausgegeben werden.
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Der charakteristische Zahnstangenkraftverlauf kann beispielsweise durch einen Mittelwertsprung der Zahnstangenkraft um eine vordefinierte Höhe gekennzeichnet sein. Hierbei kann ein Mittelwert eines ersten Zeitbereiches (z.B. zwischen 20 ms und 200 ms) mit einem nachfolgenden Zeitbereich (z.B. identischer Länge) verglichen werden und die Änderung des Mittelwertes mit einem Speicherwert bzw. Schwellenwert verglichen werden, welcher darüber entscheidet, ob der Zahnstangenkraftverlauf hinreichend mit der ersten Referenz übereinstimmt. Alternativ oder zusätzlich kann ein vordefinierter Gradient des Zahnstangenkraftverlaufes den charakteristischen Zahnstangenkraftverlauf im Sinne der vorliegenden Erfindung kennzeichnen. Alternativ oder zusätzlich kann eine vordefinierte spektrale Dichte des Zahnstangenkraftverlaufes untersucht werden und beispielsweise ein Flächenschwerpunkt der spektralen Dichte (z.B. hinsichtlich seiner Position über der Frequenz) mit einem Speicherwert verglichen werden, um die Verwandtschaft des charakteristischen Zahnstangenkraftverlaufes mit der ersten Referenz zu überprüfen. Sowohl im Zahnstangenkraftverlauf selbst als auch in den Zeitverläufen des Gradienten bzw. der spektralen Dichte des Zahnstangenkraftverlaufes können Amplituden bezüglich ihrer Höhe und/oder bezüglich ihrer Abstände und/oder bezüglich ihrer Anzahl untersucht und mit Speicherwerten verglichen werden, um die Verwandtschaft des Zahnstangenkraftverlaufes mit der ersten Referenz zu begutachten. Hierdurch kann der erfindungsgemäße Vergleich rechentechnisch aufwandsarm und gleichzeitig hinreichend hochauflösend ausgeführt werden.
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Um die Untersuchung des Verlaufes des Signals zu vereinfachen bzw. zu verbessern, kann zunächst eine Glättung des Zahnstangenkraftverlaufes und/oder eine Tiefpassfilterung des Signals repräsentierend den Zahnstangenkraftverlauf ausgeführt werden. Auf diese Weise können für die erfindungsgemäße Untersuchung nicht relevante bzw. irreführende Informationen und Rauschen unterdrückt und das Ergebnis des Vergleiches aussagekräftiger werden.
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Um die erfindungsgemäße Auswertung nicht unnötig auszuführen, kann zunächst eine Notwendigkeit einer erfindungsgemäßen Ausgabe einer (insbesondere veränderten) haptischen Rückmeldung an den Anwender erkannt werden. Beispielsweise kann, da die Rückmeldung durch das Längssystem insbesondere während einer Kurvenfahrt von Interesse ist, zunächst erkannt werden, dass das erfindungsgemäß ausgestaltete Fahrzeug eine Kurve durchfährt. Dies kann beispielsweise mittels einer Zahnstangenkraft und/oder mittels eines Lenkeinschlages, insbesondere auch unter Verwendung eines über einen Bus empfangenen Signals, erkannt werden. Im Ansprechen darauf können die erfindungswesentlichen Schritte (optionale iterativ) ausgeführt werden. Die rechentechnische Auslastung eines erfindungsgemäß ausgestalteten Lenksystems, der Energieverbrauch und die thermische Belastung der logischen Bauteile können somit verringert werden.
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Eine weitere Möglichkeit, die Notwendigkeit zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erkennen, besteht in der Verwendung einer digitalen Straßenkarte, in welcher Informationen enthalten sind, welche einen Vorteil bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnen. Beispielsweise kann eine bevorstehende Kurvenfahrt durch einen entsprechenden Straßenverlauf angekündigt und erfindungsgemäß berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich können (optional von anderen Fahrzeugen gemeldete/hinterlegte) Reibbeiwertssprünge in der digitalen Straßenkarte verzeichnet sein. Alternativ oder zusätzlich können im Fahrzeug selbst gespeicherte Referenzmodelle verwendet werden, um Fahrsituationen zu erkennen, in welchen die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft ist. Insbesondere zum Erkennen eines durch ein Referenzmodell charakterisierten Fahrzeugzustands bzw. Fahrzustands kann ein charakteristischer Zahnstangenkraftverlauf aufgenommen und auf Eigenschaften untersucht werden, wie sie weiter oben bereits beispielhaft diskutiert worden sind.
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Bevorzugt erfolgt das Ausgeben der haptischen Rückmeldung in Abhängigkeit eines vordefinierten Rückmeldungsprofils. Dies kann bspw. von einem Anwender gewählt und insbesondere gestaltet werden. Beispielsweise kann der Anwender ein sportliches Fahrwerksprofil anwählen und im Zuge dessen eine detailreiche Übertragung von Fahrzuständen über das Lenkhandrad in erfindungsgemäßer Weise begünstigt werden. Wählt der Anwender hingegen eine komfortable Fahrwerkseinstellung, können in der haptischen Rückmeldung weniger Details in Form fahrbahninduzierter Schläge oder Stöße enthalten sein bzw. deren Amplituden stark vermindert übertragen werden. Bevorzugt kann auch vorgesehen sein, dass durch den Fahrer eine gezielte Auswahl von Nutzinformationen zur Rückmeldung möglich ist. Die Rückmeldeigenschaften des erfindungsgemäßen Lenksystems sind damit personalisiert und situativ gestaltbar. Alternativ oder zusätzlich kann das Ausgeben der haptischen Rückmeldung in Abhängigkeit eines ermittelten Reibwertes zwischen der Fahrbahn und einer Bereifung des Fahrzeugs erfolgen. Beispielsweise kann sich der Reibbeiwert in Abhängigkeit der Fahrbahnoberfläche ändern, im Ansprechen worauf die Zahnstangenkraft einen anderen Wert, insbesondere Mittelwert, einnimmt, ohne dass sich der eingeschlagene Lenkwinkel und die gefahrene Geschwindigkeit ändern.
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Optional kann zusätzlich ein Fahrzustand des Fahrzeugs oder ein Fahrzeugzustand (nachfolgend zusammenfassend als „Zustand“ bezeichnet) ermittelt werden. Der Fahrzustand kann bspw. einen Bewegungszustand für das Fahrzeug kennzeichnen und insbesondere eine Kurvenfahrt und/oder eine Gierrate und/oder eine Geradeausfahrt und/oder ein Übersteuern und/oder ein Untersteuern beschreiben. Alternativ oder zusätzlich kann ein Betriebszustand des Fahrzeugs durch den Fahrzustand gekennzeichnet werden, welcher insbesondere einen Bremszustand, bevorzugt eine Bremskraft und/oder ein Lenkmoment und/oder eine bremserregte Lenkunruhe beschreibt. In Abhängigkeit der vorgenannten Fahrzustände kann die Anpassung des Signals repräsentierend die Zahnstangenkraft dahingehend erfolgen, die vorstehenden Informationen nicht in der haptischen Rückmeldung des Anwenders derart zu unterdrücken, dass sie der Anwender nicht mehr erlebt. Auf diese Weise kann die Fahrsicherheit und das Anwendererlebnis verbessert werden, da für den Anwender relevante Informationen vom motorisch unterstützten Lenksystem nicht "verschluckt" werden. Nach der Ermittlung des Zustands kann der Zustand mit einer vordefinierten zweiten Referenz (z.B. ein lokaler Speicherwert) verglichen werden und im Falle eines vordefinierten Ergebnisses des Vergleiches wie in Verbindung mit dem Verlauf des Signals repräsentierend die Zahnstangenkraft eine haptische Rückmeldung an den Anwender auf Basis der vordefinierten zweiten Referenz ausgegeben werden. Mit anderen Worten kann zusätzlich zur ersten Referenz bei optionaler Berücksichtigung des Zustandes auch die zweite Referenz bzw. ein ihr zugeordneter Momentenverlauf bei der Ausgabe der haptischen Rückmeldung berücksichtigt werden.
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Der Zustand kann ein Abreißen einer Haftreibung (z.B. bei einer rasanten Kurvenfahrt) und/oder ein Erreichen einer maximalen Querbeschleunigung des Fahrzeugs (z.B. im Zuge eines Abreißens einer Haftreibung zwischen der Fahrzeugbereifung und einer fahrbaren Oberfläche) repräsentieren. Insbesondere Haftreibungsverluste sind für den Fahrer stets hochrelevant und nach Möglichkeit haptisch erfahrbar bzw. nachvollziehbar zu übertragen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei das Lenksystem ein motorisch, insbesondere hydraulisch oder elektrisch, unterstütztes Lenksystem sein kann. Auch Steer-by-Wire-Lenksysteme können erfindungsgemäß ausgestaltet werden, um das Anwendererlebnis zu verbessern. Das Fahrzeug kann bspw. ein Pkw, ein Lkw oder ein Transporter sein. Das Lenksystem umfasst Mittel zum Ermitteln eines Signals repräsentierend eine Zahnstangenkraft des Fahrzeugs. Die Mittel können Sensoren, BUS-Teilnehmer (CAN-BUS o. ä.) und Auswerteeinheiten zum Errechnen einer Zahnstangenkraft umfassen. Zusätzlich ist ein Aktuator vorgesehen, welcher eingerichtet ist, eine haptische Rückmeldung an den Anwender des erfindungsgemäß ausgestalteten Fahrzeugs auszugeben. Dieser kann beispielsweise einen Elektromotor aufweisen, welcher mit der Lenksäule des Lenksystems gekoppelt ist. Eine Auswerteeinheit (z.B. ein elektronisches Steuergerät, ein programmierbarer Prozessor, insbesondere ein Mikroprozessor), ist eingerichtet, einen Verlauf des Signals repräsentierend die Zahnstangenkraft über der Zeit zu untersuchen, das Signal repräsentierend die Zahnstangenkraft in Abhängigkeit des Zustandes anzupassen und den Verlauf mit einer vordefinierten ersten Referenz zu vergleichen. Im Falle eines vordefinierten Ergebnisses des Vergleiches veranlasst die Auswerteeinheit den Aktuator, eine haptische Rückmeldung an den Anwender auf Basis des angepassten Signals auszugeben. Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug (z.B. ein PKW, ein Transporter, ein LKW, ein Motorrad) vorgeschlagen, welches ein Lenksystem gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Für das erfindungsgemäße Lenksystem sowie das erfindungsgemäß ausgestaltete Fahrzeug ergeben sich die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile derart ersichtlich entsprechend denjenigen des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Zusammenfassend berücksichtigt das erfindungsgemäße Rückmeldungskonzept Nutz- und Störinformationen auf Basis einer Kennparameterentwicklung.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist unter Anderem ein Konzept zur Identifikation von Nutz- und Störinformationen auf Basis einer Kennparameterentwicklung, wobei die Kennparameter zur Identifikation bestimmter Fahrsituationen und Anwendung mit diesen assoziierter Kriterien zur Gestaltung einer haptischen Rückmeldung an den Fahrer dienen. Hierbei werden gezielt Messdaten – insbesondere die Zahnstangenkraft sowie Fahrzustandssignale – untersucht, die bei bestimmten Fahrzuständen oder Fahrzeugzuständen auftreten und für einen Fahrer nützliche oder störende Auswirkungen auf den Handmomentverlauf haben. Beispielsweise sind dies Messdaten aus einem Fahrmanöver, bei dem eine Untersteuersituation erzeugt wurde oder unter Querbeschleunigung eine Fahrbahnreibwertänderung überfahren wurde. Die Messdaten werden nun dahingehend kondensiert, dass gerade die Fahrzustände, bei denen kein besonderer Informationsgehalt aufgetreten ist, von der haptischen Rückmeldung ausgeschlossen sind oder zumindest anteilig verringert werden. Die verbleidenden Messdaten können nun auf charakteristische Signalverläufe hin untersucht werden. In diesem Zusammenhang sind mit charakteristischen Signalverläufen gerade die Amplituden, Gradienten, Frequenzen, Amplitudenabstände etc. gemeint, die reproduzierbar über eine hinreichend große Anzahl an Versuchswiederholungen hinweg gemessen werden. Für die Überfahrt einer Reibwertänderung der Fahrbahn bei einer Querbeschleunigung ergibt sich beispielsweise, dass sich das durch die Reibwertänderung verursachte Delta (sowie Gradient, Effektivwert, etc.) hochkorrelierend zu einer Referenzgröße verhält. Diese Referenzgröße ist beispielsweise bei der Überfahrt zu einem niedrigeren Reibbeiwert die Querbeschleunigung und bei der Überfahrt zu einem höheren Reibbeiwert ein Relativwert, der sich aus dem Produkt des Quadrats der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkradwinkel zusammensetzt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
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1 eine schematische Übersicht über Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Lenksystems;
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2 eine Detailansicht veranschaulichend Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lenksystems;
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3 eine Darstellung der Zahnstangenkraft über der Querbeschleunigung sowie die Ermittlung von Kennparametern bei einem untersteuernden Fahrzeug;
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4 den Flächeninhalt einer spektralen Dichte eines Zahnstangenkraftsignals in einem Frequenzbereich von 0 Hz bis 100 Hz;
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5 das Zahnstangenkraftsignal im zu 4 korrespondierenden Zeitbereich;
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6 einen beispielhaften Verlauf einer Zahnstangenkraftänderung über der Zeit;
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7 einen zu 6 korrespondierenden Zahnstangenkraftverlauf über der Zeit;
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8 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Verfahrens zur Rückmeldung an einen Anwender eines motorisch unterstützten Lenksystems für ein Fahrzeug; und
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9 eine Gegenüberstellung zweier unterschiedlicher haptischer Rückmeldungen in Form eines Momentenverlaufes über der Zeit.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Pkw 10 als Fortbewegungsmittel, in welchem ein elektromotorisch unterstütztes Lenksystem 1 vorgesehen ist. Die Vorderräder 2 werden über eine Zahnstange 14 gelenkt, welche mittels eines Elektromotors 13 verschieblich ist. Ein Kraftsensor 3 überträgt die Zahnstangenkraft an eine (nicht dargestellte) Auswerteeinheit, welche elektrische Signale an einen Aktuator 6 auf der Längssäule 7 zur Ausgabe einer haptischen Rückmeldung an den Anwender ausgibt. An ihrem unteren Ende steht die Längssäule 7 über ein Kegelzahnrad 8 mechanisch in Wirkverbindung mit der Zahnstange 14. An ihrem oberen Ende ist ein Lenkhandrad 5 angeordnet.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektromotorisch unterstützten Lenksystems 1, wie es in Verbindung mit 1 bereits in den Grundzügen diskutiert worden ist, sodass auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Zusätzlich zu 1 sind in 2 eine Auswerteeinheit in Form eines elektronischen Steuergerätes 9 mit einem Tiefpassfilter 11 dargestellt, um vom Kraftsensor 3 erhaltene Zahnstangenkraft-Signale auszuwerten und in Abhängigkeit über einen CAN-BUS erhaltene Informationen bezüglich Fahrzustände zu filtern. Hierzu verbindet eine Sensorleitung 15 den Kraftsensor 3 mit dem elektronischen Steuergerät 9. Eine elektrische Leitung 16 gibt die gefilterten (angepassten) Signale repräsentierend die Zahnstangenkraft an den Aktuator 6 auf der Längssäule 7. Zur Erzeugung eines Lenkmomentes ist das elektronische Steuergerät 9 zu dem über eine elektrische Leitung 12 mit dem Elektromotor 13 zu Erzeugung der Lenkunterstützung verbunden. Beispielsweise kann ein Haftreibungsverlust im Falle einer über den CAN-BUS gemeldeten Kurvenfahrt bevorzugt an das Lenkhandrad 5 gemeldet werden, indem in Abhängigkeit der aktuellen Geschwindigkeit sowie eines Signals repräsentierend die Kurvenfahrt (beides über den CAN-BUS gemeldet) die Querführungskraft durch das Tiefpassfilter 11 nicht so stark wie üblich unterdrückt wird.
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3 zeigt einen beispielhaften Verlauf einer Zahnstangenkraft F über der Querbeschleunigung des entsprechenden Fahrzeugs, in welchem Kennparameter KP1, KP2, KP3 veranschaulicht sind, welche zur Untersuchung eines Verlauf des Signals, repräsentierend die Zahnstangenkraft über der Zeit sowie für einen anschließenden Vergleich mit einer vordefinierten ersten Referenz verwendet werden können. Der Zahnstangenkraftverlauf entspricht einer Untersteuersituation, welcher für einen gegebenen Reifdruck einen reproduzierbaren Verlauf der Zahnstangenkraft über der Querbeschleunigung ergibt. Der Kennparameter KP1 repräsentiert einen Gradienten in einem vergleichsweise linearen Haftreibungsbereich I der Zahnstangenkraft F. Der Kennparameter KP2 kennzeichnet einen Hub der Zahnstangenkraft F zwischen einem Verlassen des reinen Haftreibungsbereiches I und einem Maximalwert der Zahnstangenkraft F gegen Ende eines Übergangsbereiches II. Daher kennzeichnet der Kennparameter KP2 anders ausgedrückt den Zahnstangenkrafthub in dem Übergangsbereich II. Ein Gleitreibungsbereich III hält zwei Kennparameter, wobei KP3 die maximale Differenz auftretender Querbeschleunigungen und KP4 einen im selben Intervall auftretender (negativer) Hub der Zahnstangenkraft F bis zu einem vollständigen Gleiten des Fahrzeugs kennzeichnen. Die Kennparameter KP1 bis KP4 ermöglichen eine robuste Beschreibung bzw. Charakterisierung des Verlaufs der Zahnstangenkraft F über der Zeit. Jeder dieser Kennwerte lässt sich dann wiederum mit einer (vor-)bestimmten Information in Verbindung bringen, die einem Fahrer über das Lenkmoment kommuniziert werden kann. Mit anderen Worten kann einem jeden Kennparameter oder einer Untergruppe unterschiedlicher Kennparameter ein entsprechender Einfluss auf die haptische Rückmeldung an den Anwender zugeordnet sein. Beispielsweise ist das Verlassen eines linearen Haftreibungsbereiches I durch die Lage des Übergangsbereiches II und/oder den Kennparameter KP2 zu beschreiben. Dieses Vorgehen ermöglicht es, bestimmte Handmomentverläufe mit ihren Ursachen in Verbindung zu bringen, die der Fahrer entweder als eine nützliche oder als störende Information erachtet. Auf dieser Informationsbasis lässt sich gezielt das Rückmeldeverhalten elektromechanischer Lenksysteme anpassen und optimieren. 4 zeigt einen beispielhaften Verlauf einer spektralen Dichte D(f) einer Zahnstangenkraft über der Frequenz, wobei der Flächeninhalt unter der Dichtefunktion schraffiert hervorgehoben ist.
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5 zeigt einen zu 4 korrespondierenden Zeitverlauf einer Zahnstangenkraft F und halbsekündige Zeitfenster vor und nach einem Sprung eines Mittelwertes der Zahnstangenkraft F. Der bei ungefähr 1230 ms liegende Mittelwertssprung ist als Indikator bzw. Kennparameter für einen verringerten Kurvenradius und/oder eine Reibbeiwertszunahme interpretierbar.
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6 zeigt eine Änderung einer Zahnstangenkraft F über der Zeit t, deren Nulldurchgänge zu Beginn und gegen Ende eines Zeitfensters ∆t zur Ermittlung eines Kennparameters in 7 dargestellten Zahnstangenkraft F verwendet werden können.
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7 zeigt einen zu 6 korrespondierenden Zahnstangenkraftverlauf über der Zeit, wobei die Grenzen des Zeitintervalls ∆t zur Ermittlung einer Zahnstangenkraftänderung als Parameter herangezogen werden. Beispielsweise kann die Änderung der Zahnstangenkraft F auf das Zeitfenster ∆t bezogen und als Kennparameter zur Charakterisierung der Zahnstangenkraft bzw. der ersten Referenz verwendet werden.
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8 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückmeldung an einen Anwender eines motorisch unterstützten Lenksystems für ein Fahrzeug. Hierzu wird in Schritt 100 eine Notwendigkeit einer veränderten haptischen Rückmeldung an den Anwender aufgrund einer messtechnisch ermittelten Kurvenfahrt erkannt. Im Ansprechen darauf wird in Schritt 200 ein Signal repräsentierend eine Zahnstangenkraft des Lenksystems ermittelt. In Schritt 300 wird der Verlauf des Signals repräsentierend die Zahnstangenkraft über der Zeit untersucht, und in Schritt 400 mit einer vordefinierten ersten Referenz verglichen. In Schritt 500 wird in entsprechender Weise ein Fahrzustand des Fahrzeugs ermittelt, in Schritt 600 mit einer vordefinierten zweiten Referenz verglichen und in Schritt 700 im Falle eines vordefinierten Ergebnisses des Vergleiches ebenso wie die erste Referenz zur Definition einer Ausgabe einer haptischen Rückmeldung an den Anwender verwendet. Mit anderen Worten werden im Ansprechen auf vordefinierte Vergleichsergebnisse zwischen dem Zahnstangenkraftverlauf und dem vorliegenden Fahrzustand des Fahrzeugs mit jeweiligen Referenzen Modifikationen an der haptischen Rückmeldung des Lenksystems an den Anwender vorgenommen, so dass die Übertragungscharakteristik fahrbahninduzierter Kräfte (insbesondere Querbeschleunigungen) zu veränderten Handmomenten am Lenkhandrad des Lenksystems führt.
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Die folgenden Ausführungen können einzeln oder in einer beliebiger Kombination miteinander die oben beschriebenen Gegenstände weiterbilden.
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Das Anpassen des Signals repräsentierend die Zahnstangenkraft, kann in Abhängigkeit eines vordefinierten, insbesondere vom Anwender gewählten, Rückmeldungsprofils und/oder in Abhängigkeit eines ermittelten Reibbeiwertes zwischen der Fahrbahn und einer Bereifung des Fahrzeugs erfolgen.
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Das Ermitteln des Signals repräsentierend die Zahnstangenkraft bzw. repräsentierend den Fahrzustand/Fahrzeugzustand kann mittels einer über einen Bus (z.B. CAN) des Fahrzeugs erhaltenen Nachrichtung und/oder mittels eines Sensors erfolgen.
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Der Zustand (Fahrzeugzustand oder Fahrzustand) kann beispielsweise einen Bewegungszustand und/oder eine Kurvenfahrt und/oder eine Gierrate und/oder Geradeausfahrt und/oder ein Übersteuern und/oder ein Untersteuern des Fahrzeugs und/oder einen Betriebszustand, insbesondere einen Bremszustand, bevorzugt eine Bremskraft und/oder Lenkmoment und/oder eine bremserregte Lenkunruhe beschreiben.
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Die im Ansprechen auf ein vordefiniertes Vergleichsergebnis (des Zahnstangenkraftverlaufes bzw. des Fahrzeugzustandes) kann eine Modifikation eines Übertragungsverhaltens des Lenksystems umfassen. Insbesondere kann eine Filterung fahrbahninduzierter Kräfte bzw. Momente vorgenommen werden bzw. angepasst werden, wobei eine Bremsfrequenz des Filters in Abhängigkeit der Referenz angepasst wird.
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Das Ausgeben der haptischen Rückmeldung an den Anwender auf Basis der Referenz kann eine Ansteuerung eines Motors, insbesondere eines Elektromotors, des Lenksystems umfassen.
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Das Lenksystem kann ein hydraulisch unterstütztes und/oder ein elektromotorisch unterstütztes und/oder ein steer-by-wire-Lenksystem sein.
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Das Lenksystem kann ein Lenkhandrad (Lenkrad) und einen Aktuator umfassen, wobei der Aktuator ein Motor zur Erzeugung eines Wechselmomentes auf das Lenkhandrad ist.
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9 zeigt zwei Momentenverläufe 16, 17 über der Zeit, welche unterschiedliche untere Grenzfrequenzen aufweisen. Um eine sportliche ("direkte") Übertragung möglichst vieler Informationen von der Bereifung an das Lenkhandrad des Fahrzeugs zu ermöglichen, wird die Grenzfrequenz des mit einer sportlichen Abstimmung korrespondierenden Rückmeldungssignals 16 durch ein erfindungsgemäßes Verfahren höher abgestimmt, als die Grenzfrequenz des zuvor verwendeten, mit einer komfortableren Abstimmung korrespondierenden Rückmeldungssignals 17. Entsprechend weisen die Momentenverläufe 16, 17 unterschiedliche Glättungsgrade auf.
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Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektromotorisch unterstütztes Lenksystem
- 2
- Vorderrad
- 3
- Kraftsensor
- 4
- Bremsscheibe
- 5
- Lenkhandrad
- 6
- Aktuator
- 7
- Lenksäule
- 8
- Kegelzahnrad
- 9
- elektronisches Steuergerät
- 10
- Pkw
- 11
- Tiefpassfilter
- 12
- elektrische Leitung
- 13
- Elektromotor
- 14
- Zahnstange
- 15
- Sensorleitung
- 16
- Momentenverlauf (sportliche Abstimmung)
- 17
- Momentenverlauf (komfortable Abstimmung)
- 18
- elektrische Leitung
- 100–700
- Verfahrensschritte
- CAN
- Controller Area Network (BUS)
- Df
- Dichte der Zahnstangenkraft
- f
- Frequenz
- F
- Zahnstangenkraft
- KP1–KP4
- Kennparameter
- M(t)
- Momentenverlauf
- t
- Zeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10-2010025197 A1 [0005]