DE10011710A1 - Verfahren zum Bestimmen einer Mittelstellung bei einem Fahrzeuglenksystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein zur Durchführung eines Steer-by-Wire-Betriebes ausgebildetes Lenksystem, umfassend einen mit einer Lenkhandhabe, z. B. Lenkhandrad, betätigten Lenkwinkel-Sollwertgeber, einen lenkbare Fahrzeugräder betätigenden Lenkwinkelsteller, einen mit den Fahrzeugrädern betätigten Lenkwinkel-Istwertgeber und eine Steuerung, die in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs der Lenkwinkel den Lenkwinkelsteller betätigt. Für ein solches Lenksystem soll ein Verfahren zum Bestimmen einer Mittelstellung des Lenksystems angegeben werden. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet wie folgt: DOLLAR A - Bestimmen einer Mittelstellung für die Fahrzeugräder und Abgleichen dieser Radmittelstellung mit einer Mittelstellung eines mit den Fahrzeugrädern betätigten Radsensors, der mit dem Lenkwinkel der Fahrzeugräder korrelierte Signale erzeugt. DOLLAR A - Bestimmen einer Mittelstellung für die Lenkhandhabe und Abgleichen dieser Handhabenmittelstellung mit einer Mittelstellung eines mit der Lenkhandhabe betätigten Handhabensensors, der mit dem Lenkwinkel der Lenkhandhabe korrelierte Signale erzeugt. DOLLAR A - Zuordnen der Mittelstellung des Radsensors zur Mittelstellung des Handhabensensors.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Mittelstellung bei einem Lenksystem eines Fahrzeuges, wobei das Lenksystem zur Durchführung eines Steer-by-Wire-Betriebes ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein derartiges Lenksystem.

Bei einer herkömmlichen Fahrzeuglenkung ist eine manuell betätigbare Lenkhandhabe, z. B. Lenkhandrad, mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt, wodurch sich eine feste Zuordnung zwischen der Stellung der Lenkhandhabe, im folgenden als "Handhabenstellung" bezeichnet, und der Stellung der Fahrzeugräder, im folgenden als "Radstellung" bezeichnet, ergibt. Im Unterschied dazu besitzt ein für einen Steer-by- Wire-Betrieb geeignetes Lenksystem in seinem Steer-by-Wire- Betrieb keine mechanische Zwangskopplung sondern eine elektronische Kopplung zwischen der Lenkhandhabe und den Fahrzeugrädern. Auch hier ist für ein sicheres Fahren eine eindeutige elektronische Zuordnung zwischen der Handhabenstellung und der Radstellung erforderlich. Üblicherweise wird einer mechanischen Mittelstellung der Fahrzeugräder, bei der das Fahrzeug geradeaus fährt, eine mechanische Mittelstellung der Lenkhandhabe zugeordnet. Insbesondere bei nicht punktsymmetrischen Lenkhandrädern ergeben sich dabei Vorteile. Beispielsweise kann die Mittelstellung der Fahrzeugräder beim Losfahren besser erkannt werden, das Sichtfeld auf die Instrumententafel durch das Lenkhandrad ist optimiert, Bedienelemente im Lenkrad sind einfach zugänglich, die Airbagentfaltung und dessen Schutzwirkung ist gewährleistet. Es besteht daher der Bedarf, bei einem zur Durchführung eines Steer-by-Wire-Betriebes ausgebildeten Lenksystem eine Mittelstellung zu bestimmen, bei der die mechanische Mittelstellung der Lenkhandhabe mit der mechanischen Mittelstellung der Fahrzeugräder übereinstimmt.

Aus der EP 0 747 282 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Mittelstellung eines Fahrzeuglenksystems mit mechanischer Zwangskopplung zwischen der Lenkhandhabe und den Fahrzeugrädern bekannt. Das Lenksystem ist mit einem Lenkwinkelsensor ausgestattet, der mit der Lenkhandhabe betätigt wird. Das Fahrzeug weist an jedem Rad einen Radgeschwindigkeitssensor auf und ist außerdem mit einem Querbeschleunigungssensor und einem Giersensor ausgestattet. Mit Hilfe einer entsprechenden Schaltung kann aus den Werten der Radgeschwindigkeitssensoren, des Querbeschleunigungssensors und des Giersensors ein Wert für den aktuellen Lenkwinkel der Fahrzeugräder berechnet werden. Durch einen Vergleich mit dem aktuellen Wert des Winkelsensors kann dann die Mittelstellung des Lenksystems bestimmt werden. Die Kenntnis der Mittellage des Lenksystems ist bei einem Fahrzeug mit einem Lenksystem, das eine mechanische Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und Fahrzeugrädern aufweist, dann von besonderem Interesse, wenn das Fahrzeug mit einem Fahrdynamikregelungssystem ausgestattet ist, das beispielsweise durch gezielte Bremseingriffe an einem oder an mehreren Fahrzeugrädern eine Lenkunterstützung erzielt und dadurch die Fahrzeugsicherheit erhöht.

Die DE 198 05 383 A1 zeigt beispielhaft ein Lenksystem, das zur Durchführung eines Steer-by-Wire-Betriebes ausgebildet ist. Das Lenksystem ist dazu mit einer als Lenkhandrad ausgebildeten Lenkhandhabe ausgebildet, die einen als Lenkwinkel-Sollwertgeber dienenden Lenkwinkelsensor betätigt. Das Lenksystem weist außerdem einen als Kolben-Zylinder- Agregat ausgebildeten Lenkwinkelsteller auf, der die lenkbaren Fahrzeugräder betätigt. Mit den Fahrzeugrädern wird ein Lenkwinkel-Istwertgeber betätigt. Eine Steuerung führt einen Soll-Ist-Vergleich der Lenkwinkel durch und betätigt in Abhängigkeit dieses Vergleichs den Lenkwinkelsteller.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, bei einem zur Durchführung eines Steer-by-Wire-Betriebes ausgebildeten Lenksystem eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie für das Lenksystem eine Mittelstellung gewährleistet werden kann.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, sowohl der Lenkhandhabe als auch den Fahrzeugrädern jeweils einen damit zwangsgekoppelten Sensor zuzuordnen, der mit dem Lenkwinkel der Fahrzeugräder bzw. der Lenkhandhabe korrelierte Signale erzeugt. Dadurch kann die mechanische Mittelstellung der Fahrzeugräder unabhängig von der mechanischen Mittelstellung der Lenkhandhabe bestimmt werden, wobei diese Mittelstellungen jeweils mit einer entsprechenden Mittelstellung des zugehörigen Sensors abgeglichen werden können. Die Mittelstellung des Lenksystems wird dann durch eine elektronische Zuordnung oder Softwarezuordnung der Mittelstellungen der Sensoren erzielt. Dabei ergibt sich der Vorteil, die mechanische Mittelstellung der Fahrzeugräder ausschließlich nach fahrdynamischen Gesichtspunkten festzulegen, während die mechanische Mittelstellung der Lenkhandhabe durch designorientierte Vorgaben bestimmt werden kann. Da keine mechanische Zwangskopplung zwischen den Fahrzeugrädern und der Lenkhandhabe besteht, entfallen diesbezügliche Randbedingungen, die eine optimale Mittelstellung der Fahrzeugräder und der Lenkhandhabe behindern können. Beispielsweise wird die Lenkhandhabe regelmäßig mittels einer Axialverzahnung auf die Lenksäule aufgesteckt, wobei die Teilung dieser Axialverzahnung, z. B. 60 Axialnuten, das Raster für die Einstellung der Mittellage der Lenkhandhabe vorgibt, das heißt, die Lenkhandhabe kann z. B. nur in 6°-Schritten relativ zu den Fahrzeugrädern positioniert werden. Da derartige Randbedingungen bei einer offenen Steer- by-Wire-Lenkung entfallen, kann sowohl für die Fahrzeugräder als auch für die Lenkhandhabe eine optimale Mittelstellung eingestellt werden.

Entsprechend einer besonderen Ausführungsform können die Mittelstellungen der Sensoren statisch zugeordnet werden, d. h., daß bei stehendem Fahrzeug zunächst die Fahrzeugräder und mechanisch getrennt davon die Lenkhandhabe jeweils im Rahmen zulässiger Toleranzen exakt in ihre Mittelstellung mechanisch ausgerichtet werden und daß danach die dabei auftretenden Sensorstellungen miteinander elektronisch verknüpft werden. Beispielsweise kann im Rahmen der Fahrzeugendmontage das Fahrwerk ausgerichtet werden, wobei unter anderem eine Spureinstellung erfolgt. Gleichzeitig kann dabei eine möglichst exakte Mittelstellung, d. h. Geradeausstellung, für die lenkbaren Fahrzeugräder eingestellt werden. Unabhängig davon kann die Lenkhandhabe beispielsweise mittels einer Schablone oder mit Hilfe eines Lasermeßverfahrens in ihre Mittelstellung gebracht werden. Die elektronische Verknüpfung der dabei auftretenden Sensorstellungen ergibt dann den gewünschten Zusammenhang zwischen Handhabenlenkwinkel und Radlenkwinkel, der über entsprechende Algorithmen und/oder Kennfelder durch die Steuerung realisiert wird. Diese Zuordnung der Sensormittelstellungen kann ohne größeren Aufwand in die Endmontage des Fahrzeuges integriert werden.

Bei einer anderen Ausführungsform können die Mittelstellungen der Sensoren auch dynamisch zugeordnet werden, d. h., daß zunächst bei stehendem Fahrzeug die Fahrzeugräder und die Lenkhandhabe etwa in ihre Mittelstellung mechanisch ausgerichtet und die dabei auftretenden Sensorstellungen miteinander elektronisch verknüpft werden. Diese Vorgehensweise entspricht grundsätzlich der zuvor beschriebenen statischen Zuordnung, weist jedoch den Unterschied auf, daß hier keine exakte Ausrichtung erforderlich ist, sondern daß eine grobe Einstellung der Mittelstellungen ausreicht, die somit insbesondere manuell einstellbar sind. Danach kann im Fahrbetrieb des Fahrzeuges mittels einer geeigneten Sensorik eine gegebenenfalls vorhandene Abweichung zwischen den Mittelstellungen der Fahrzeugräder und der Lenkhandhabe ermittelt werden. Sofern eine störende Abweichung festgestellt werden kann, führt die Steuerung eine entsprechende elektronische Korrektur der elektronischen Verknüpfung zwischen den bei den Mittelstellungen der Fahrzeugräder und der Lenkhandhabe auftretenden Sensorstellungen durch. Eine Abweichung zwischen den Mittelstellungen der Fahrzeugräder und der Lenkhandhabe kann am einfachsten bei einer Geradeausfahrt mit hoher Geschwindigkeit ermittelt werden, wenn das Fahrzeug beispielsweise mit einem Querbeschleunigungssensor und/oder einem Giersensor und/oder Radgeschwindigkeitssensoren ausgestattet ist. Denn unter diesen Bedingungen macht sich auch eine geringe Abweichung zwischen der Mittelstellung der Fahrzeugräder und der Mittelstellung der Lenkhandhabe dadurch bemerkbar, daß das Fahrzeug in der Mittelstellung der Lenkhandhabe nicht geradeaus fährt bzw. daß die Lenkhandhabe bei der Geradeausfahrt des Fahrzeuges nicht in ihrer Mittelstellung ist. Durch die Korrektur der elektronischen Verknüpfung wird diese so verändert, daß nach der Korrektur das Fahrzeug genau dann geradeaus fährt, wenn die Lenkhandhabe sich in ihrer Mittelstellung befindet. Störende Einflußgrößen wie z. B. Fahrbahnneigung, Seitenwind oder dgl. werden dabei durch eine entsprechende Sensorik und entsprechende Algorithmen ausgeschlossen.

Zweckmäßig wird die elektronische Korrektur sukzessive durchgeführt, um einen Lenkwinkelsprung zu vermeiden, der beispielsweise dann auftreten kann, wenn eine größere Lenkwinkelabweichung korrigiert werden muß.

Unabhängig davon, ob die Zuordnung der Mittelstellungen statisch oder dynamisch durchgeführt wird, besteht durch eine geeignete Sensorik die Möglichkeit, eine Abweichung zwischen den Mittelstellungen der Fahrzeugräder und der Lenkhandhabe während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeuges zu ermitteln und die elektronische Verknüpfung dementsprechend zu korrigieren bzw. zu adaptieren, um diese Abweichung auszugleichen. Eine solche Abweichung kann z. B. schleichend durch einen Alterungsprozeß der Sensoren auftreten. Eine solche Abweichung kann auch plötzlich, z. B. durch einen Werkstattbesuch oder durch einen leichten Unfall, auftreten. Durch ein ungeschicktes Befahren eines Bordsteines kann sich beispielsweise eine leichte Spurverstellung an den Fahrzeugrädern ausbilden, durch welche die fahrdynamische Mittelstellung der Fahrzeugräder verändert wird. Derartige Abweichungen können durch eine getaktete oder permanente Überwachung der Mittelstellungen erkannt und dementsprechend reduziert oder eliminiert werden.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Entsprechend dem Grundgedanken dieses Lenksystems wird die Steuerung des Lenksystems so ausgebildet, daß im Fahrbetrieb des Fahrzeuges eine Abweichung zwischen den Mittelstellungen der Fahrzeugräder und der Lenkhandhabe erkannt werden kann. Die hierzu erforderliche Sensorik, wie z. B. Querbeschleunigungssensor und/oder Giersensor und/oder Radgeschwindigkeitssensoren ist bei modernen Fahrzeugen mit Fahrdynamikregeldungssystemen, wie z. B. ein Antiblockiersystem oder ein mit gezielten Bremseingriffen arbeitendes Fahrzeugstabilisierungssystem, ohnehin bereits am Fahrzeug vorhanden, so daß die Steuerung in der Regel auf vorliegende Signalwerte zurückgreifen kann.

Wenn eine Abweichung feststellbar ist, d. h. oberhalb eines detektierbaren Schwellwertes liegt, kann die Steuerung die bestehende Zuordnung zwischen Radlenkwinkel und Handhabenlenkwinkel korrigieren oder adaptieren. Es ist klar, daß die Steuerung dabei zweckmäßigerweise zunächst überprüft, ob die festgestellte Abweichung einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.

Das erfindungsgemäße Lenksystem ermöglicht einerseits die Durchführung der oben beschriebenen dynamischen Zuordnung der Mittelstellungen der Sensoren, um die Mittelstellung des Lenksystems zu bestimmen. Andererseits ermöglicht dieses Lenksystem auch eine andauernde Überwachung dieser Mittelstellung, so daß Abweichungen, die durch interne Einflüsse, z. B. Abnutzungserscheinungen, und/oder externe Einflüsse, z. B. starke Stoß- oder Schlagbeanspruchung des Lenksystems, auftreten können, durch eine entsprechende elektronische Korrektur oder Adaption ausgeglichen werden können. Das so ausgebildete Lenksystem trägt somit zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit bei.

Bei einer besonderen Ausführungsform ist die Steuerung zur Durchführung eines ersten Steer-By-Wire-Modus ausgebildet, in dem die Steuerung den Lenkwinkelsteller in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs der Lenkwinkel betätigt. Außerdem ist die Steuerung zur Durchführung eines zweiten Steer-by-Wire-Modus ausgebildet, in dem die Steuerung mit dem Lenkwinkelsollwert und mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitswert einen Giersollwert berechnet, mittels eines Gieristwertgebers einen Gieristwert überwacht und den Lenkwinkelsteller in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs der Gierwerte betätigt. Dabei überwacht die Steuerung die Funktion der für den zweiten Steer-by-Wire- Modus erforderlichen Elemente und schaltet bei einer Fehlfunktion eines dieser Elemente auf den ersten Steer-by- Wire-Modus um. Die Steuerung ist so ausgebildet, daß sie im zweiten Steer-by-Wire-Modus mittels der Sensorik überwacht, ob zwischen der Radmittelstellung und der Handhabenmittelstellung eine Abweichung besteht, wobei die Steuerung bei bestehender Abweichung die elektronische Verknüpfung zwischen den bei den Mittelstellungen der Fahrzeugräder und der Lenkhandhabe auftretenden Sensorstellungen spätestens beim Umschalten in den ersten Steer-by-Wire-Modus entsprechend elektronisch adaptiert. An sich ist eine Adaption der Verknüpfung der Sensormittelstellungen bei einem Steer-by-Wire-Modus, der mit einer Gierwertregelung arbeitet, nicht erforderlich, da Abweichungen systembedingt selbsttätig ausgeregelt werden. Falls jedoch aufgrund einer Fehlfunktion in den Steer-by-Wire- Modus mit Lenkwinkelregelung umgeschaltet werden muß, ist eine Korrektur angebracht. Durch die Überwachung der Mittelstellungen bereits im Steer-by-Wire-Modus mit Gierwertregelung kann die Adaption der Verknüpfung der Sensormittelstellungen im Falle einer Abweichung bereits vor oder beim Umschalten in den Steer-by-Wire-Modus mit Lenkwinkelregelung eingeleitet werden.

Um einen Lenkwinkelsprung beim Umschalten vom giergeregelten Modus zum lenkwinkelgeregelten Modus zu vermeiden, erfolgt die Korrektur bzw. die Adaption sukzessive, wodurch sich eine zeitliche Verzögerung ergibt. Diese Verzögerung bzw. diese sukzessive Anpassung ist zweckmäßig so gewählt, daß die Korrektur für den Fahrer nicht überraschend ist, so daß der Fahrer intuitiv richtig reagieren kann.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend 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.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Fig. 1 zeigt eine schaltplanartige Darstellung des erfindungsgemäßen Lenksystems.

Entsprechend Fig. 1 weist ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug in üblicher Weise zwei vordere, lenkbare Fahrzeugräder 1 auf, die jeweils an einem relativ zum Fahrzeugaufbau federbar gehaltertem Radträger 2 angeordnet sind, welcher jeweils um eine Fahrzeughochachse schwenkbar ist, um die Lenkbarkeit des zugeordneten Fahrzeugrades 1 zu ermöglichen. Die Radträger 2 sind über Spurstangen 3 mit einem im dargestellten Beispiel hydraulischen Lenkwinkelsteller 4 verbunden, der als doppelt wirkendes hydraulisches Kolben- Zylinder-Aggregat ausgebildet ist. Die beiden von einem Kolben 8 des Lenkwinkelstellers 4 voneinander abgeteilten Hydraulikkammern des Lenkwinkelstellers 4 können über ein elektromagnetisch betätigbares Steuerventil 5 mit der Druckseite einer hydraulischen Druckquelle, im dargestellten Beispiel einer Hydraulikpumpe 6, bzw. mit einem relativ drucklosen Hydraulikreservoir 7 verbunden werden, mit dem auch die Saugseite der Hydraulikpumpe 6 kommuniziert. Je nach Stellung des Steuerventils 5 kann der hydraulische Lenkwinkelsteller 4 eine steuerbare Stellkraft in der einen oder anderen Richtung erzeugen bzw. die eingestellte Lage verändern oder festhalten.

Ein Lenkhandrad 9 bildet eine vom Fahrer betätigbare Lenkhandhabe und betätigt einen Sollwertgeber 10, dessen elektrische Ausgangssignale den Sollwert des Lenkwinkels der lenkbaren Fahrzeugräder 1 bzw. eine damit korrelierte Größe repräsentieren. Außerdem ist das Lenkhandrad 9 über ein elastisches Kopplungsglied, das im Ausführungsbeispiel als drehelastische Welle bzw. Wellenanordnung 11 ausgebildet ist, mit einem Elektromotor 12 antriebsverbunden, der als Handkraftsteller arbeitet und zur Erzeugung einer am Lenkhandrad 9 fühlbaren Lenkhandkraft dient.

Des weiteren ist das Lenkhandrad 9 über die Welle bzw. Wellenanordnung 11 sowie eine Kupplung 13 und einen Wellenzug 14 (oder eine andere, insbesondere eine hydraulisch arbeitende Antriebsverbindung) mit einem Lenkgetriebeteil der lenkbaren Fahrzeugräder 1 antriebsverbunden. Im dargestellten Fall führt der Wellenzug 14 zu einem Ritzel 15, welches mit einer an die Kolbenstange des hydraulischen Lenkwinkelstellers 4 anschließenden Zahnstange 16 kämmt. Die Kupplung 13 wird, z. B. von einer Schließfederung 17, ständig mit einer Schließkraft beaufschlagt, gegen die die Kupplung 13 von einem elektrischen Stellmotor 18 in Offenstellung gebracht bzw. in Offenstellung gehalten werden kann.

Bei geschlossener Kupplung 13 besteht somit eine mechanische Zwangskopplung zwischen der Lenkhandhabe 9 und den Fahrzeugrädern 1, wodurch das Lenksystem im wesentlichen wie ein herkömmliches Lenksystem arbeiten kann. Bei geöffneter Kupplung 13 ist diese mechanische Zwangskopplung zwischen dem Lenkhandrad 9 und den Fahrzeugrädern 1 unterbrochen, so daß das Lenksystem in einem Steer-by-Wire-Betrieb arbeiten kann.

Eine rechnergestützte Steuerung 19 ist eingangsseitig mit dem Sollwertgeber 10 für den Lenkwinkel sowie mit einem Weggeber bzw. Lenkwinkel-Istwertgeber 20 verbunden, der den Stellhub eines Lenkgetriebeteiles, hier der Kolbenstange des Lenkwinkelstellers 4, und damit eine zum Istwert des Lenkwinkels der Räder 1 analoge Größe erfaßt. Ebenfalls mit der Eingangsseite der Steuerung 19 sind zwei Drehwinkelgeber 21 verbunden, aus deren Signalen die elastische Verdrehung der Welle bzw. Wellenanordnung 11 ermittelbar ist.

Schließlich ist die Eingangsseite der Steuerung 19 noch mit einer Sensorik 22 verbunden, die beispielsweise einen Querbeschleunigungssensor und/oder einen Giersensor und/oder den einzelnen Fahrzeugrädern 1 zugeordnete Radgeschwindigkeitssensoren aufweisen kann. Ausgangsseitig ist die Steuerung 19 mit dem Steuerventil 5, dem Elektromotor 12 sowie dem Stellmotor 18 verbunden.

Bei der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform bildet der Lenkwinkel-Sollwertgeber 10 oder einer der Drehwinkelgeber 21 einen der Lenkhandhabe 9 zugeordneten Handhabensensor, der mit der Lenkhandhabe 9 zwangsgekoppelt ist und mit deren Lenkwinkel korrelierte Signale liefert. Des weiteren bildet der Lenkwinkel-Istwertgeber 20 gleichzeitig einen Radsensor, der mit den lenkbaren Fahrzeugrädern 1 zwangsgekoppelt ist, derart, daß er mit den Lenkwinkeln der Fahrzeugräder 1 korelierte Signale liefert.

Die Mittelstellung des Lenksystems kann wie folgt bestimmt werden:

Im Rahmen der Fahrzeugmontage werden die Fahrzeugräder 1 mechanisch in ihre Mittelstellung gebracht, in der sie für das Fahrzeug (theoretisch) eine Geradeausfahrt bewirken. Diese Mittelstellung der Fahrzeugräder 1 wird mit einer Mittelstellung des Radsensors 20 (hier Lenkwinkel-Istwertgeber 20) abgeglichen, so daß die Mittelstellung der Fahrzeugräder 1 mit der Mittelstellung des Radsensors 20 übereinstimmt. Unabhängig davon wird bei geöffneter Kupplung 13 mechanisch eine Mittelstellung für das Lenkhandrad 9 eingestellt, was beispielsweise durch eine spezielle Laservermessung recht genau durchgeführt werden kann. Die Mittelstellung der Lenkhandhabe 9 wird dann mit einer Mittelstellung des Handhabensensors 10 (hier Lenkwinkel-Sollwertgeber 10) abgeglichen, so daß die Mittelstellung der Lenkhandhabe 9 mit der Mittelstellung des Handhabensensors 10 übereinstimmt. Danach folgt eine elektronische Zuordnung der Mittelstellung des Radsensors 20 zur Mittelstellung des Handhabensensors 10. Diese Zuordnung kann beispielsweise dynamisch oder statisch durchgeführt werden.

Die statische Zuordnung der Mittelstellungen der Sensoren 10 und 20 kann wie folgt durchgeführt werden:

Mit Hilfe von hier nicht dargestellten Hilfsvorrichtungen wird für die Fahrzeugräder 1 möglichst exakt deren Mittelstellung eingestellt. Ebenso wird mit entsprechenden Hilfsgeräten die Mittelstellung für die Lenkhandhabe 9 möglichst exakt eingestellt. Nach dieser mechanischen Justierung erfolgt eine elektronische Verknüpfung der dabei auftretenden Sensorstellungen, um deren Mittelstellungen einander zuzuordnen. Diese statische Zuordnung benötigt einen relativ aufwendigen apparativen Aufbau.

Die dynamische Zuordnung der Sensorstellungen kann wie folgt durchgeführt werden:

Wie bei der zuvor beschriebenen statischen Zuordnung werden die Fahrzeugräder 1 und die Lenkhandhabe 9 mechanisch in ihre Mittelstellung eingestellt. Im Unterschied zur zuvor beschriebenen statischen Zuordnung kann die Einstellung der Mittelstellung hier relativ grob erfolgen, so daß sie rasch und insbesondere manuell durchgeführt werden kann. Danach wird auch hier eine elektronische Verknüpfung der dabei auftretenden Sensorstellungen durchgeführt. Während die vorgenannten Einstellvorgänge bei stehendem Fahrzeug durchgeführt werden, kann nun im Rahmen der dynamischen Zuordnung der Sensormittelstellungen während dem Fahrbetrieb des Fahrzeuges durch die Steuerung 19 überprüft werden, ob zwischen der Radmittelstellung und der Handhabenmittelstellung eine Abweichung besteht. Hierbei kann die Steuerung 19 auf Signale der Sensorik 22 zurückgreifen, aus denen beispielsweise ermittelt werden kann, ob das Fahrzeug bei der Mittelstellung der Lenkhandhabe 9 geradeaus fährt, d. h. ob sich die Fahrzeugräder 1 ebenfalls in ihrer Mittelstellung befinden. Beispielsweise messen die Radgeschwindigkeitssensoren an jedem Rad dieselbe Geschwindigkeit und/oder der Giersensor meldet einen Gierwert Null. Anhand dieser Informationen kann die Steuerung 19 die Radmittelstellung und die Handhabenmittelstellung überprüfen und für den Fall, daß eine Abweichung der Mittelstellungen vorliegt, eine entsprechende elektronische Adaption oder Korrektur durchführen. Auf diese Weise kann die elektronische Verknüpfung der Sensorstellungen mit einer relativ hohen Genauigkeit durchgeführt werden, die insbesondere höher ist als die Toleranzen der "exakten" mechanischen Ausrichtung im Rahmen der oben beschriebenen statischen Zuordnung.

Vorzugsweise wird das Lenksystem so ausgestaltet, daß die Steuerung 19 nicht nur bei der Inbetriebnahme des Fahrzeuges die Bestimmung der Mittelstellung des Lenksystems ermöglicht, sondern permanent oder zeitlich getaktet mit Hilfe der Sensorik 22 während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeuges überprüft, ob eine Abweichung zwischen der Radmittelstellung und der Handhabenmittelstellung besteht. Eine solche Abweichung kann beispielsweise alterungsbedingt bei den Sensoren 10 oder 20 auftreten. Eine Abweichung kann jedoch auch dann auftreten, wenn das Lenksystem radseitig und/oder handhabenseitig stoßbelastet wird, beispielsweise wenn das Fahrzeug mit zu hoher Geschwindigkeit eine Bordsteinkante überfährt. Bei einer solchen Aktion kann sich die Spur des Fahrzeuges verstellen, so daß die fahrdynamische Mittelstellung der Fahrzeugräder 1 nicht mehr mit der Mittelstellung der Lenkhandhabe 9 übereinstimmt. Da die Steuerung 19 bei dieser Ausführungsform des Lenksystems selbständig eine derartige Abweichung erkennt, kann die Steuerung 19 auch entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten. Zweckmäßig führt die Steuerung 19 eine entsprechende Korrektur oder Adaption der elektronischen Verknüpfung der Sensorwerte durch, um die elektronische Zuordnung zwischen den Signalen des Handhabensensors 10 und den Signalen des Radsensors 20 zur Eliminierung der Abweichung anzupassen.

Es ist klar, daß die Steuerung 19 bei Abweichungen, die grundsätzlich kumulieren können, die oberhalb eines Schwellwertes liegen, zweckmäßig ein Warnsignal generiert, das den Fahrer darauf hinweist, in Kürze eine Werkstatt aufzusuchen.

Ebenso kann das Lenksystem so ausgebildet sein, daß die Steuerung 19 im Fahrbetrieb mit der Sensorik 22 unabhängig von der Handhabenstellung überwacht, ob die Mittelstellung des Radsensors 20 noch mit der Mittelstellung der Fahrzeugräder 1 übereinstimmt. Denn insbesondere durch eine Spurverstellung oder durch eine Sensorverstellung kann hier eine Abweichung auftreten. Die Steuerung 29 führt dann gegebenenfalls eine elektronische Korrektur der elektronischen Abgleichung der Mittelstellungen zwischen Radsensor 20 und Fahrzeugrädern 1 durch.

Ein weiteres wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Lenksystems wird darin gesehen, daß die Steuerung 19 so ausgebildet ist, daß eine Adaption oder Korrektur der Verknüpfung der Sensormittelwerte sukzessive oder allmählich erfolgt, wodurch sich eine zeitliche Verzögerung bei der Anpassung der Verknüpfung ergibt. Durch diese Maßnahme wird beim Korrigieren oder Adaptieren ein Lenkwinkelsprung vermieden, der in Abhängigkeit seiner Größe zu einer vom Fahrzeugführer nicht mehr beherrschbaren Fahrsituation führen könnte. Ein stetiger, insbesondere stufenloser Übergang von der Verknüpfung mit Abweichung zur korrigierten Verknüpfung wird zweckmäßig so gestaltet, daß der Fahrer von der Korrektur nicht überrascht wird, sondern sich intuitiv darauf einstellen kann. Zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit kann außerdem vorgesehen sein, daß eine derartige Adaption oder Korrektur nur unterhalb einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit durchgeführt wird.

Bei einer besonderen Ausführungsform des Lenksystems, arbeitet dessen Steuerung 19 in einem ersten Steer-by-Wire-Modus mit einer Lenkwinkelregelung, d. h. mit einem Soll-Ist-Vergleich der Lenkwinkel. In einem zweiten Steer-by-Wire-Modus arbeitet die Steuerung 19 mit einer Gierregelung, d. h. mit einem Soll- Ist-Vergleich der Gierwerte bzw. Giergeschwindigkeitswerte oder Gierwinkelwerte. Beim giergeregelten Modus berechnet die Steuerung aus dem Solllenkwinkel des Lenkwinkel-Sollwertgebers 10 in Verbindung mit Werten der Sensorik 22, z. B. mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Giersollwert. Über die Sensorik 22 kann die Steuerung 19 außerdem einen Gieristwert ermitteln, beispielsweise direkt über einen Giersensor oder indirekt über die einzelnen Radgeschwindigkeiten. Der Lenkwinkelsteller 4 wird dann in Abhängigkeit eines Vergleichs der Giersollwerte mit den Gieristwerten betätigt. Auch bei diesem giergeregelten Modus kann es zu Abweichungen zwischen der Radmittellage und der Handhabenmittellage kommen. Aufgrund der giergeregelten Arbeitsweise wird diese Abweichung jedoch von selbst aus­ geregelt, so daß das Fahrzeug bei der Mittelstellung der Lenkhandhabe 9 trotz einer Abweichung zwischen den Mittelstellungen der Lenkhandhabe 9 und der Fahrzeugräder 1 geradeaus fährt. Insofern ist eine Korrektur oder Adaption der Verknüpfung zwischen den Mittelwerten der Sensoren 10 und 20 nicht erforderlich. Dennoch kann diese Adaption durchgeführt werden.

Die Steuerung 19 überprüft ständig die ordentliche Funktionsweise der dem giergeregelten Modus zugeordneten Elemente. Sobald eine Fehlfunktion festgestellt wird, schaltet die Steuerung 19 auf den lenkwinkelgeregelten Modus um, in dem der Lenkwinkelsteller 4 in Abhängigkeit eines Vergleichs der Lenkwinkelsollwerte mit den Lenkwinkelistwerten betätigt wird. Spätestens in diesem Zeitpunkt kann das erfindungsgemäße Lenksystem die Korrektur der Verknüpfung zwischen den Sensorwerten durchführen. Auch hierbei ist eine sukzessive, verzögerte und insbesondere stufenlose Anpassung der Verknüpfung der Sensorwerte ratsam, um gefährliche Lenkwinkelsprünge zu vermeiden.

Claims (16)

1. Verfahren zum Bestimmen einer Mittelstellung bei einem Lenksystem eines Fahrzeuges, wobei das Lenksystem zur Durchführung eines Steer-by-Wire-Betriebes ausgebildet ist und einen mit einer Lenkhandhabe (9), z. B. ein Lenkhandrad, betätigten Lenkwinkel-Sollwertgeber (10), einen lenkbare Fahrzeugräder (1) betätigenden Lenkwinkelsteller (4), einen mit den Fahrzeugrädern (1) betätigten Lenkwinkel-Istwertgeber (20) sowie eine Steuerung (19) aufweist, die in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs der Lenkwinkel den Lenkwinkelsteller (4) betätigt, mit folgenden Schritten:

• A) Bestimmen einer Mittelstellung für die Fahrzeugräder (1) und Abgleichen dieser Radmittelstellung mit einer Mittelstellung eines mit den Fahrzeugrädern (1) betätigten Radsensors (20), der mit dem Lenkwinkel der Fahrzeugräder (1) korrelierte Signale erzeugt,
• B) Bestimmen einer Mittelstellung für die Lenkhandhabe (9) und Abgleichen dieser Handhabenmittelstellung mit einer Mittelstellung eines mit der Lenkhandhabe (9) betätigten Handhabensensors (10), der mit dem Lenkwinkel der Lenkhandhabe (9) korrelierte Signale erzeugt,
• C) Zuordnen der Mittelstellung des Radsensors (20) zur Mittelstellung des Handhabensensors (9).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt B vor oder nach oder gleichzeitig mit Schritt A ausgeführt wird, während Schritt C nach den Schritten A und B ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung der Mittelstellungen der Sensoren (10,20) derart erfolgt, daß bei stehendem Fahrzeug zunächst die Fahrzeugräder (1) und die Lenkhandhabe (9) jeweils im Rahmen zulässiger Toleranzen exakt in ihre Mittelstellung mechanisch ausgerichtet werden und daß danach die dabei auftretenden Sensorstellungen miteinander elektronisch verknüpft werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung der Mittelstellungen der Sensoren (10,20) derart erfolgt, daß zunächst bei stehendem Fahrzeug die Fahrzeugräder (1) und die Lenkhandhabe (9) etwa in ihre Mittelstellung mechanisch ausgerichtet und die dabei auftretenden Sensorstellungen miteinander elektronisch verknüpft werden und daß danach im Fahrbetrieb des Fahrzeugs mittels einer geeigneten Sensorik (22) eine gegebenenfalls vorhandene Abweichung zwischen den Mittelstellungen der Fahrzeugräder (1) und der Lenkhandhabe (9) ermittelt und eine entsprechende elektronische Korrektur der elektronischen Verknüpfung zwischen den bei den Mittelstellungen der Fahrzeugräder (1) und der Lenkhandhabe (9) auftretenden Sensorstellungen durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Fahrbetrieb mittels einer geeigneten Sensorik (22) überwacht wird, ob zwischen der Mittelstellung der Fahrzeugräder (1) und der Mittelstellung des Radsensors (20) eine Abweichung besteht, und daß für den Fall, daß eine Abweichung besteht, die Abgleichung zwischen der Radmittelstellung und der Mittelstellung des Radsensors (20) entsprechend elektronisch korrigiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Fahrbetrieb des Fahrzeuges mittels einer geeigneten Sensorik (22) überwacht wird, ob zwischen der Radmittelstellung und der Handhabenmittelstellung eine Abweichung besteht, und daß für den Fall, daß eine Abweichung besteht, die elektronische Verknüpfung zwischen den bei den Mittelstellungen der Fahrzeugräder (1) und der Lenkhandhabe (9) auftretenden Sensorstellungen entsprechend elektronisch adaptiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Korrektur und/oder die elektronische Adaptierung sukzessive durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorik (22) einen Querbeschleunigungssensor und/oder einen Giersensor und/oder Radgeschwindigkeitssensoren aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Radsensor durch den Lenkwinkel-Istwertgeber (20) gebildet ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Handhabensensor durch den Lenkwinkel-Sollwertgeber (10) gebildet ist.

11. Zur Durchführung eines Steer-by-Wire-Betriebes ausgebildetes Lenksystem mit einem mit einer Lenkhandhabe (9), z. B. Lenkhandrad, betätigten Lenkwinkel-Sollwertgeber (10), mit einem lenkbare Fahrzeugräder (1) betätigenden Lenkwinkelsteller (4), mit einem mit den Fahrzeugrädern (1) betätigten Lenkwinkel-Istwertgeber (20) und mit einer Steuerung (19), die in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs der Lenkwinkel den Lenkwinkelsteller (4) betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (19) im Fahrbetrieb des Fahrzeuges mittels einer geeigneten Sensorik (22) überwacht, ob zwischen der Radmittelstellung und der Handhabenmittelstellung eine Abweichung besteht, wobei die Steuerung (19) bei bestehender Abweichung die elektronische Verknüpfung zwischen den bei den Mittelstellungen der Fahrzeugräder (1) und der Lenkhandhabe (9) auftretenden Sensorstellungen entsprechend elektronisch adaptiert.

12. Lenksystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung (19) zur Durchführung eines ersten Steer-by- Wire-Modus ausgebildet ist, in dem die Steuerung (19) den Lenkwinkelsteller (4) in Abhängigkeit eines Soll-Ist- Vergleichs der Lenkwinkel betätigt,
daß die Steuerung (19) zur Durchführung eines zweiten Steer- by-Wire-Modus ausgebildet ist, in dem die Steuerung (19) mit dem Lenkwinkelsollwert und mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitswert einen Giersollwert berechnet, einen mittels eines Gieristwertgebers erzeugten Gieristwert erhält und den Lenkwinkelsteller (4) in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs der Gierwerte betätigt,
wobei die Steuerung (19) die Funktion der für den zweiten Steer-by-Wire-Modus erforderlichen Elemente überwacht und bei einer Fehlfunktion auf den ersten Steer-by-Wire-Modus umschaltet,
wobei die Steuerung (19) auch im zweiten Steer-by-Wire-Modus mittels der Sensorik (22) überwacht, ob zwischen der Radmittelstellung und der Handhabenmittelstellung eine Abweichung besteht,
wobei die Steuerung (19) bei bestehender Abweichung die elektronische Verknüpfung zwischen den bei den Mittelstellungen der Fahrzeugräder (1) und der Lenkhandhabe (9) auftretenden Sensorstellungen spätestens beim Umschalten in den ersten Steer-by-Wire-Modus entsprechend elektronisch adaptiert.

13. Lenksystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Adaption sukzessive erfolgt.

14. Lenksystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorik (22) einen Querbeschleunigungssensor und/oder einen Giersensor und/oder Radgeschwindigkeitssensoren aufweist.

15. Lenksystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Radsensor durch den Lenkwinkel-Istwertgeber (20) gebildet ist.

16. Lenksystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Handhabensensor durch den Lenkwinkel-Sollwertgeber (10) gebildet ist.