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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs.
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Eine primäre Funktion einer Lenkung besteht in einer Querführung eines Kraftfahrzeugs. Dabei ist es eine Hauptaufgabe einen Lenkwinkel einzustellen, um einer gewünschten Fahrlinie folgen zu können. Dabei ist eine Rückmeldung eines einer jeweiligen Fahrsituation entsprechenden Lenkradhandmoments an einen entsprechenden Fahrer äußerst wichtig, um Informationen über einen Reifenfahrbahnkraftschluss haptisch wiedergeben zu können, schon lange bevor das Auge des Fahrers ein Verlassen der gewünschten Linie wahrnehmen kann. Dieses gilt sowohl bei Geradeaus- als auch bei Kurvenfahrt. Im Sinne einer guten Rückmeldung sollen Querkräfte am Reifen des Kraftfahrzeugs für den Fahrer am Lenkrad des Kraftfahrzeugs spürbar sein, bevor eine Reaktion des Fahrzeugaufbaus erfolgt.
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In modernen Kraftfahrzeugen mit modernen Lenksystemen wurde festgestellt, dass es bei einer Abstimmung zugunsten einer möglichst guten Rückmeldung einer entsprechenden Lenkkraft dazu kommt, dass Störeinflüsse aus der Umwelt, von einer Fahrbahnoberfläche, eines rotierenden Radkörpers oder auch aus Antriebskräften, verstärkt zum Fahrer durchdringen. Daraus ergibt sich ein Zielkonflikt zwischen ungenügender Rückmeldung und hoher Anfälligkeit für Störeinflüsse, welche bislang mit bekannten Lenksystemen nicht vollständig aufgelöst werden konnte.
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Mit Einführung von elektronisch kontrollierten und unterstützenden Lenksystemen bietet sich die Möglichkeit eines aktiven Eingriffs in die Lenkung über Elektronik und Informationsverarbeitung, so dass das Lenkgefühl an den Fahrzeugtyp und an eine jeweilige Fahrsituation angepasst werden kann. Dadurch können Störeinflüsse weitestgehend ausgeschaltet werden. Bekannt sind für elektrische Servolenkungen verschiedene Ansätze, eine Rückmeldung an den Fahrer zu kontrollieren.
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Gemäß eines ersten Ansatzes wird eine Regelung einer Lenkunterstützung abhängig von einem momentan über einen Sensor gemessenen Lenkmoment des Fahrers eingestellt.
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Gemäß eines zweiten Ansatzes wird aus einer momentanen Fahrsituation, durch Messsignale verschiedener Sensoren, wie z. B. Lenkradwinkel und Lenkraddrehrate, Gierrate, Querbeschleunigung und Raddrehzahlen, ein Soll-Handmoment generiert. Über einen folgenden geschlossenen Regelkreis wird dann eine Lenkunterstützung genau so eingestellt, dass das wiederum über einen Sensor in der Lenksäule gemessene Handmoment des Fahrers diesem Soll-Handmoment möglichst genau folgt.
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Im bekannten Stand der Technik gibt es auch Mischformen dieser beiden voranstehend genannten Ansätze, die zum einen den geschlossenen Regelkreis des zweiten Ansatzes nutzen, das Soll-Handmoment aber aus bekannten und/oder über ein Beobachtermodell abgeschätzten Kraftgrößen innerhalb der Lenkung berechnen.
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Allerdings ist weder der erstgenannte noch der zweite Ansatz in der Lage, eine eindeutig fein auflösende Rückmeldung eines Reifenfahrbahnkontakts zu liefern und gleichzeitig ungewünschte Störeinflüsse auszublenden.
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In der
DE 100 35 259 A1 ist ein Verfahren zum Lenken eines Kraftfahrzeugs mit einer steer-by-wire-Lenkung vorgeschlagen, bei dem die Regelung der Rückmeldung der von der Fahrbahn auf die gelenkten Räder des Kraftfahrzeugs wirkenden Kräfte an den Fahrer über das Lenkrad systematisiert und vereinfacht wird. Dabei wird ein Lenkradwinkel erfasst, der Lenkradwinkel in einen Sollwert der Stellung der gelenkten Räder umgewandelt, ein Istwert der Stellung der gelenkten Räder erfasst und eine Winkeldifferenz zwischen Sollwert und Istwert der Stellung der gelenkten Räder gebildet. Gemäß bestimmten Vorschriften wird die Stellung der gelenkten Räder in Abhängigkeit von der Winkeldifferenz geregelt, wobei die Winkeldifferenz in ein Soll-Lenkradmoment umgewandelt und ein Lenkradmoment in Abhängigkeit von dem Lenkradmoment und dem Soll-Lenkradmoment geregelt wird.
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Unter einer steer-by-wire-Lenkung versteht man ein System, bei dem ein Lenkbefehl von einem Sensor über ein Steuergerät ausschließlich elektrisch zu einem elektromechanischen Aktor, der einen entsprechenden Lenkbefehl ausführt, weitergeleitet wird. Das bedeutet, es gibt keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern.
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Aus der
DE 10 2008 042 666 A1 ist ferner ein Verfahren zur Kompensation von Störgrößen bekannt, welche auf ein Fahrzeug mit einer hilfskraftunterstützten Lenkung wirken. Das dabei vorgestellte Verfahren umfasst ein Schätzen einer Ist-Zahnstangenkraft mittels eines Beobachtermodells der Lenkung, ein Schätzen einer künstlichen Soll-Zahnstangenkraft mittels eines Beobachtermodells des Kraftfahrzeugs, ein Subtrahieren der geschätzten Ist-Zahnstangenkraft von der geschätzten künstlichen Soll-Zahnstangenkraft, so dass ein Gesamtlenkkraftfehler generiert wird, wobei in einem Entscheidungsblock zumindest ein erster Bruchteilsfaktor zumindest aus Fahrzeugsystem bekannten Signalen bestimmt wird, welcher dem Gesamtlenkkraftfehler überlagert wird, so dass eine Zahnstangenkompensationskraft generiert wird, welche der Hilfskraft überlagert wird.
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Ausgehend von dem genannten Stand der Technik war es nunmehr eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regelung einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei welchem ein besseres und zudem in geeigneter Weise einstellbares Lenkgefühl eines Fahrers des Kraftfahrzeugs erzeugt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Ferner wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 12 bereitgestellt. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den entsprechenden Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Regelung einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs mittels einer elektronischen Schaltung bereitgestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden eine Steuerung einer Lenkkraft über einen Hinpfad und eine Rückmeldung der Lenkkraft über einen Rückpfad geregelt, wobei der Hinpfad und der Rückpfad voneinander entkoppelt und eine erste Verstärkungskurve in den Hinpfad und eine zweite Verstärkungskurve in den Rückpfad integriert werden.
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Die Integration einer jeweiligen Verstärkungskurve in einen Pfad der elektronischen Schaltung schließt eine Einbindung eines jeweiligen Aktors, der den funktionellen Zusammenhang der jeweiligen Verstärkungskurve elektronisch umsetzt, mit ein.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens definiert die erste Verstärkungskurve einen Zusammenhang zwischen einem von einem Fahrer an einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs eingeleiteten Handmoment und einem von einem Aktor erzeugten Unterstützungsmoment.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens definiert die zweite Verstärkungskurve einen Zusammenhang zwischen einem von einem Fahrer an einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs haptisch zu spürenden Handmoment und von einem Fahrbahnuntergrund auf die Lenkung einwirkenden äußeren Kräften. Das bedeutet, dass die zweite Verstärkungskurve festlegt, wie viel der Fahrer von einer Straßenanregung, d. h. von dem Fahrbahnuntergrund wahrnimmt.
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In einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die von einem Fahrbahnuntergrund auf die Lenkung einwirkenden äußeren Kräfte als von mindestens einem Sensor gemessene Signale über einen Port bzw. eine Schnittstelle am Eingang des Rückpfades bereitgestellt.
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Ferner ist es denkbar, dass in den Rückpfad mindestens ein Filtermodul integriert wird, worüber Störinformationen abgeschwächt oder ausgeblendet werden. Bei dem Filtermodul kann es sich bspw. um einen Hochpassfilter handeln.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass in den Rückpfad ein Verstärkungsglied integriert wird. Durch Integration mindestens eines Filters bzw. gegebenenfalls verschiedener Filter, eines Verstärkungsglieds und der zweiten Verstärkungskurve können vernachlässigbare Vibrationen herausgefiltert und gleichzeitig wesentliche Momente verstärkt werden. So können starke Störeinflüsse von außen dem Fahrer abgeschwächt dargestellt werden.
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Die erste Verstärkungskurve im Hinterpfad, die einen Kraftanstieg beim Lenken und somit maßgeblich das Lenkgefühl bestimmt, muss gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht die Rückmeldung berücksichtigen, die vorhanden wäre, wenn der Hinpfad und der Rückpfad nicht entkoppelt sondern vollständig überlagert wären, wie dies nach dem Stand der Technik bislang vorgesehen war.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Rückpfad mit dem Hinpfad derart verschaltet, dass die Rückmeldung auf eine durch die erste Verstärkungskurve definierte erste Unterstützungskraft unter Bildung einer zweiten Unterstützungskraft aufmoduliert wird.
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Die zweite Unterstützungskraft definiert dann letztlich die am Ausgang des Hinpfades resultierende und auf Räder des Kraftfahrzeugs einwirkende Lenkkraft. Das bedeutet, dass bei Ausgabe der Lenkkraft über eine entsprechende Steuerungsstrecke die Rückmeldung berücksichtigt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest eine der ersten und der zweiten Verstärkungskurve als mehrdimensionales Kennfeld dargestellt. In der Regel werden beide Verstärkungskurven, d. h. sowohl die erste Verstärkungskurve wie auch die zweite Verstärkungskurve jeweils als mehrdimensionales Kennfeld dargestellt. Bei dem jeweiligen mehrdimensionalen Kennfeld wird zumindest einer der Parameter, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Kraft, Frequenz, Fahrgeschwindigkeit und Querbeschleunigung berücksichtigt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren sowohl bei einem mechanischen Lenkgestänge als auch bei einer steer-by-wire-Lenkung anwendbar ist.
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Wie bereits eingangs erwähnt, findet in bisherigen Lenksystemen keine Trennung zwischen Hin- und Rückpfad einer der Regelung der Lenkung zugrundeliegenden elektronischen Schaltung statt. Sowohl die erste Verstärkungskurve wie auch die zweite Verstärkung stellen sogenannte Boost-Kurven dar. Die erste Verstärkungskurve gibt dabei einen Zusammenhang zwischen Handkraft und Unterstützungskraft wieder, während die zweite Verstärkungskurve bzw. Boost-Kurve einen Zusammenhang zwischen externer Kraft und Handmoment wiedergibt. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Möglichkeit, externe auf die Lenkung von dem Fahrbahnuntergrund einwirkende Kräfte bspw. über Sensoren messen und über eine Schnittstelle als Signale bereitstellen zu können. Die so gemessenen Signale, die die externen Kräfte repräsentieren, werden dann am Eingang des Rückpfades als Eingangsgröße eingelesen und sind somit elektronisch unabhängig von einer auf die Räder des Kraftfahrzeugs einwirkenden Lenkkraft, welche über den Hinpfad definiert wird. Wesentlich bei dem Erfindungsgedanken ist die Entkopplung des Ausgangs des Hinpfades und des Eingangs des Rückpfades. Durch eine vollständige Trennung des Hinpfads und des Rückpfads wird es möglich, jeweils eine Boost-Kurve in den Hin- und Rückpfad zu integrieren. Die zweite Verstärkungskurve bzw. Boost-Kurve im Rückpfad legt fest, wie viel ein Fahrer von einer Straßenanregung wahrnimmt. Hierbei kommt es zu einer Superposition der durch die erste Verstärkungskurve definierten Unterstützungskraft und der darauf aufmodulierten Rückmeldung von dem Rückpfad.
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Ein Vorteil von zwei getrennten Boost-Kurven bzw. Verstärkungskurven ist eine dadurch erzielte getrennte Modulierbarkeit der Rückmeldung. So können starke Störungen von außen dem Fahrer abgeschwächt dargestellt werden. Hierdurch werden diese zwar als Nutzinformation wahrgenommen, jedoch nicht als störend, sprich als Störinformation, empfunden.
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Die erste Verstärkungskurve bzw. Boost-Kurve, die einen Kraftanstieg beim Lenken und somit maßgeblich das Lenkgefühl bestimmt, muss in der vorgeschlagenen Konfiguration bzw. gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nun der Rückmeldung keine Rechnung mehr tragen, wodurch auch hier ein breiteres Spektrum einer Abstimmbarkeit möglich ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Regelung einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Vorrichtung eine elektronische Schaltung umfasst, die dazu geeignet ist, ein voranstehend beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren zu realisieren. Die Schaltung ist dabei dergestalt, dass eine Steuerung einer Lenkkraft über einen Hinpfad und eine Rückmeldung der Lenkkraft über einen Rückpfad geregelt werden, wobei der Hinpfad und der Rückpfad voneinander entkoppelt und eine erste Verstärkungskurve in den Hinpfad und eine zweite Verstärkungskurve in den Rückpfad integriert sind.
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Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die von einem Fahrbahnuntergrund auf die Lenkung einwirkenden äußeren Kräfte als von mindestens einem Sensor gemessene Signale über einen Port/Schnittstelle am Eingang des Rückpfades bereitgestellt.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Rückpfad mit dem Hinpfad derart verschaltet, dass die Rückmeldung auf eine durch die erste Verstärkungskurve definierte erste Unterstützungskraft unter Bildung einer zweiten Unterstützungskraft aufmoduliert bzw. der ersten Unterstützungskraft überlagert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest eine der ersten und der zweiten Verstärkungskurve als mehrdimensionales Kennfeld dargestellt.
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Dabei können als Parameter bspw. Kraft, Frequenz, Fahrgeschwindigkeit und Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.
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Ferner ist es denkbar, dass in den Rückpfad der erfindungsgemäß vorgesehenen Schaltung mindestens ein Filtermodul integriert ist, worüber Störinformationen abgeschwächt oder ausgeblendet werden.
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Darüber hinaus kann in den Rückpfad ferner ein Verstärkerglied integriert sein.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer elektronischen Schaltung, wie sie zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein kann.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch ausführlich beschrieben. Dabei wird eine detaillierte Beschreibung von Aufbau und Funktion gegeben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine elektronische Schaltung, wie sie zur Realisierung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein kann. Gezeigt ist durch mit gestrichelter Linie umrahmten Block 110 ein Hinpfad und durch mit gepunkteter Linie umrandeten Block 120 ein Rückpfad. Der Hinpfad 110 ist bereits aus klassischen bzw. konventionellen Lenksystemen bekannt. Dabei stellt eine Eingangsgröße zunächst ein Drehstabmoment MDS dar, welches ein von einem Fahrer auf ein Lenkrad ausgeübtes Handdrehmoment repräsentiert. Das Drehstabmoment MDS wird mittels einer in den Hinpfad integrierten ersten Verstärkungskurve 111 und einem vorgesehenen, hier nicht dargestellten Aktor verstärkt, so dass daraus eine Unterstützungskraft bzw. ein Unterstützungsmoment FUE resultiert. Bei Durchlauf einer Steuerungsstrecke 112 resultiert letztlich am Ausgang des Hinpfades eine Lenkkraft 113. Diese Lenkkraft 113 dient dazu, letztlich ein Drehmoment auf die zu lenkenden Räder des Kraftfahrzeugs auszuüben, so dass diese in die entsprechende von dem Fahrer gewünschte Richtung gelenkt werden.
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Der Rückpfad, gekennzeichnet durch Block 120, hat als Eingangsgröße ein Signal 125, welches externe von einer Fahrbahnoberfläche auf die Lenkung einwirkende Kräfte repräsentiert. Das Signal wird bspw. von Sensoren, welche diese externen Kräfte messen, über eine geeignete Schnittstelle bereitgestellt. Diese externen Kräfte durchlaufen in der hier dargestellten Ausführungsform eine Filtereinheit 121, wie bspw. einen Hochpassfilter. Der Hochpassfilter kann dabei bspw. für eine Frequenz von kleiner als 3 Hz ausgelegt sein. Nach Durchlauf des Hochpassfilters 121 wird eine zweite Verstärkungskurve 122 durchlaufen. Die zweite Verstärkungskurve gibt einen Zusammenhang zwischen den externen Kräften und einem von dem Fahrer haptisch spürbaren Handmoment am Lenkrad wieder. Der Hochpassfilter 121 dient dazu, Störeinflüsse, die nicht geeignet sind, auf das zu spürende Handmoment einzuwirken, herauszufiltern. Die nach Durchlauf des Hochpassfilters 121 und der zweiten Verstärkungskurve 122 resultierende Kraft wird ferner durch ein Verstärkungsglied 123 verstärkt und letztlich der Unterstützungskraft des Hinpfades FUE in einem Kopplungspunkt 130 überlagert, woraus eine modulierte Unterstützungskraft F*UE resultiert. Dadurch kann die Rückmeldung des Rückpfades Einfluss nehmen auf die Unterstützungskraft, welche letztlich über die Steuerungsstrecke 112 die Lenkkraft 113 definiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10035259 A1 [0009]
- DE 102008042666 A1 [0011]