DE10003564A1

DE10003564A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Lenkwinkels eines Kraftfahrzeugs ohne separaten Lenkwinkelsensor

Info

Publication number: DE10003564A1
Application number: DE2000103564
Authority: DE
Inventors: Klaus Wais; Klaus Von Hammel
Original assignee: Mercedes Benz Lenkungen GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Presta Muelheim GmbH
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2001-08-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung wenigstens eines Lenkwinkels eines rollenden Kraftfahrzeuges mit zwei gelenkten Rädern, bei dem Drehgeschwindigkeiten der gelenkten Räder bestimmt werden und aus den Drehgeschwindigkeiten ein Lenkwinkel berechnet wird. Auf diese Weise wird ein separater Lenkwinkelsensor eingespart.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung wenigstens eines Lenkwinkels eines rollenden Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs der unabhängigen Patentansprüche.

Bei verschiedenen Arten von Kraftfahrzeuglenkungen ist die Ermittlung des Lenkwinkels erforderlich. So ist zum Beispiel aus der DE 197 33 032 C1 eine hydraulische Servolenkung mit geschlossener Mitte bekannt, bei der eine Rückstellung der Lenkung in die Mittellage während der Fahrt hydraulisch unterstützt werden muß, da die innere Reibung dieser Servolenkung zu groß für die während der Fahrt auftretenden Rückstellkräfte ist. Weiter wird der Lenkwinkel für Fahrzeuge mit elektronischen Stabilisierungsprogrammen benötigt.

Aus der Praxis sind zu diesem Zwecke Winkelsensoren bekannt, die mit der Lenksäule des Kraftfahrzeuges in Verbindung stehen und so den Drehwinkel des Lenkrades (Lenkradwinkel) erfassen. Dieser Lenkradwinkel steht über die Achskinematik in einem funktionalen Zusammenhang zum Lenkwinkel. Derartige Winkelsensoren sind relativ teuer, da sie besonderen Anforderungen hinsichtlich der Störunempfindlichkeit und der Genauigkeit genügen müssen. Außerdem muß ein Lenkradwinkel mit einem Meßbereich von mehr als 360° erfaßt werden können, was zusätzliche Schwierigkeiten aufgibt.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei dem der Lenkwinkel ohne zusätzliche Sensoren ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Weil Drehgeschwindigkeiten von wenigstens zwei der gelenkten Räder bestimmt werden und aus den Drehgeschwindigkeiten ein Lenkwinkel berechnet wird, können die bei der überwiegenden Mehrzahl der Kraftfahrzeuge serienmäßig vorhandenen Raddrehzahlsensoren als Geber verwendet werden. Zusätzliche Sensoren sind nicht erforderlich. Dabei ist insbesondere auch ausreichend, wenn der Lenkwinkel bei einem rollenden Kraftfahrzeug ermittelt wird, da bei stehendem Fahrzeug der Lenkwinkel unbeachtlich ist.

Eine einfache Berechnung des Lenkwinkels wird ermöglicht, wenn die Differenz der Drehgeschwindigkeiten aus den Raddrehzahlen berechnet wird. Der Lenkwinkel wird vorzugsweise als Funktion des Quotienten aus der Differenz der Drehgeschwindigkeiten und der Summe der Drehgeschwindigkeiten berechnet. Weiterhin wird vorzugsweise der Lenkradwinkel als eine weitere Funktion des Lenkwinkels ermittelt. In besonders einfacher Weise können die erste und die zweite Funktion empirisch ermittelt werden. Es ist jedoch auch möglich, eine oder beide Funktionen analytisch herzuleiten.

Die Drehgeschwindigkeiten werden vorzugsweise von Raddrehzahlsensoren abgefragt, die einem Antiblockiersystem zugeordnet sind. Der erfindungsgemäß berechnete Lenkwinkel ist vorzugsweise der Ackermann winkel.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Rechner für die Berechnung der Differenz der Drehgeschwindigkeiten und vorzugsweise auch der Summe der Drehgeschwindigkeiten der gelenkten Räder vorgesehen, der mit den Raddrehzahlsensoren der gelenkten Achse verbunden ist. Ein solcher Rechner ist in einem Kraftfahrzeug in besonders einfacher und kostengünstiger Weise zu integrieren. Die Anbringung eines mechanisch mit Teilen der Lenkung zu koppelnden Sensors ist weitaus aufwendiger. Der Rechner ist dabei vorzugsweise mit einem Speicher versehen, in dem der funktionale Zusammenhang zwischen der Differenz der Drehgeschwindigkeiten der Räder und einem Lenkwinkel und/oder dem Lenkradwinkel gespeichert ist. Dabei kann der funktionale Zusammenhang sowohl als analytische Funktion, als genäherte analytische Funktion als auch als Tabelle vorliegen.

Der Rechner ist vorzugsweise mit elektrisch steuerbaren Hydraulikventilen verbunden, die zu einer von dem Lenkwinkel und/oder der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeug abhängigen Rückstellung der Lenkung in die Mittellage geeignet sind. Dies können insbesondere elektronisch betätigte Druckminderventile oder Proportionalventile sein.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Die für die Berechnung eines Lenkwinkels maßgeblichen geometrischen Verhältnisse am Kraftfahrzeug;

Fig. 2 eine beispielhafte Funktion für die eindeutige Ableitung des Ackermann- Lenkwinkels aus der Drehzahldifferenz der gelenkten Räder; sowie

Fig. 3 eine beispielhafte funktionale Abhängigkeit zwischen dem Radwinkel und verschiedenen Lenkwinkeln eines Kraftfahrzeugs.

In der Darstellung gemäß Fig. 1, die der Draufsicht auf ein schematisches Kraftfahrzeug bei einer Kurvenfahrt entspricht, bedeuten:
l = Länge des Fahrzeuges
j = Breite des Fahrzeuges
r_s = Lenkrollhalbmesser
D_A = Spurkreisdurchmesser aussen
D_i = Spurkreisdurchmesser innen
d_a = Lenkwinkel äußeres Rad
d_i = Lenkwinkel inneres Rad
d_acker = Ackermannwinkel
v_l = Drehgeschwindigkeit Vorderrad links
v_r = Drehgeschwindigkeit Vorderrad rechts

Dabei gelten ohne Berücksichtigung eventueller Lenkfehler folgende Beziehungen:

Der Quotient aus der Differenz der Drehgeschwindigkeiten der gelenkten Räder und der Fahrgeschwindigkeit lautet

und führt zu

Der Quotient

ist folglich eine über einen gewissen Winkelbereich eindeutige Funktion f des Lenkwinkels d_acker. Dieser Lenkwinkel lässt sich deshalb eindeutig aus v_l = Drehgeschwindigkeit Vorderrad links und v_r = Drehgeschwindigkeit Vorderrad rechts berechnen.

Weiter ist der am Lenkrad eingeleitete Lenkradwinkel ϕ eine eindeutige Funktion g des Ackermannwinkels und lässt sich somit als

ebenfalls aus den Drehgeschwindigkeiten berechnen.

Eine beispielhafte Funktion f des Drehzahlverhältnisses in Abhängigkeit von dem Ackermannwinkel zeigt Fig. 2 in einem in der Praxis relevanten Winkelbereich. Die Zuordnung ist in jedem Fall eindeutig möglich. Die Fig. 3 zeigt eine beispielhafte funktionale Abhängigkeit zwischen dem Radwinkel und verschiedenen Lenkwinkeln eines Kraftfahrzeugs.

Bei Kraftfahrzeugen mit Raddrehzahlsensoren, wie sie für ein Antiblockiersystem ohnehin in nahezu jedem Fahrzeug Verwendung finden, ist also ohne weiteres die Ermittlung eines Lenkwinkels, vorzugsweise des Ackermannwinkels, möglich, sobald das Fahrzeug rollt. Für die Steuerung von Servolenkungen, besonders von der eingangs genannten Bauart mit geschlossener Mitte, liegen damit die wesentlichen Eingangsdaten vor. Eine Regelung im Stand ist dabei wegen fehlender Daten nicht möglich. Dies wird derzeit jedoch auch nicht für erforderlich gehalten.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines Lenkwinkels eines rollenden Kraftfahrzeugs mit wenigstens zwei gelenkten Rädern, dadurch gekennzeichnet, daß Drehgeschwindigkeiten von wenigstens zwei der gelenkten Räder bestimmt werden und aus den Drehgeschwindigkeiten ein Lenkwinkel berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Drehgeschwindigkeiten berechnet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwinkel als eine Funktion des Quotienten aus der Differenz der Drehgeschwindigkeiten und der Summe der Drehgeschwindigkeiten berechnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkradwinkel als eine zweite Funktion des Lenkwinkels berechnet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Funktion empirisch ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeiten von Raddrehzahlsensoren abgefragt werden, die einem Antiblockiersystem zugeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der berechnete Lenkwinkel der Ackermannwinkel ist.

8. Vorrichtung zur Ermittlung eines Lenkwinkels eines rollenden Kraftfahrzeugs mit wenigstens zwei gelenkten Rädern sowie mit den gelenkten Rädern zugeordneten Raddrehzahlsensoren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechner für die Berechnung der Differenz der Drehgeschwindigkeiten und vorzugsweise auch der Summe der Drehgeschwindigkeiten von wenigstens zwei der gelenkten Räder vorgesehen ist, der mit den Raddrehzahlsensoren verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rechner ein Speicher zugeordnet ist, in dem der funktionale Zusammenhang zwischen der Differenz der Drehgeschwindigkeiten der Räder und einem Lenkwinkel und/oder einem Lenkradwinkel gespeichert ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner mit elektrisch steuerbaren Hydraulikventilen verbunden ist, die zu einer von dem Lenkwinkel und/oder der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängigen Rückstellung der Lenkung in eine Mittellage eingerichtet sind.