DE10032113B4 - Lenksystem - Google Patents

Abstract

Lenksystem mit einem Regelkreis für mindestens einen Lenkaktuator und einem Regelkreis für mindestens einen Lenkradaktuator, wobei der Lenkradaktuator mit dem Lenkaktuator über einen Regelkreis verbunden ist, dadurch gekenzeichnet, dass der Regelkreis des Lenkradaktuators eine Vorsteuerung aufweist, um die Regelqualität des Drehmomentes am Lenkhandrad zu verbessern.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Lenksystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
• Lenksysteme, die nach dem steer-by-wire-Prinzip arbeiten, unterscheiden sich von konventionellen Lenksystemen dadurch, daß keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkhandrad und dem gelenkten Rad besteht. Durch die Auftrennung des Lenksystems fällt das von den konventionellen Lenksystemen über die Lenksäule an das Lenkhandrad gelieferte Drehmoment weg. Das bisher von der Fahrbahn, den Reifen, dem Fahrwerk und dem Übertragungsverhalten des Lenksystems bestimmte Lenkgefühl wird ersatzweise durch einen Lenkradaktuator erzeugt. Die durch einen oder mehrere Kraft-/Drehmomentsensoren erfaßten Kräfte oder Drehmomente im Lenkgestänge der gelenkten Räder werden an eine zentrale Steuereinheit weitergeleitet. Über einen Lenkradaktuator wird dem Fahrer in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustandes eine Rückwirkung weitergegeben, die ähnlich den bei einem konventionellen Lenksystem auftretenden Kräften und Drehmomenten ist. Im Fahrbetrieb liefern Kraft-/Drehmomentsensoren im Lenkgestänge der gelenkten Räder Kraftsignale, die proportional zu den an den gelenkten Rädern auftretenden Lenkkräften sind. Die auftretenden Kräfte/Drehmomente werden erfaßt, von einer Steuereinheit ausgewertet und an den Lenkradaktuator zur Drehmomenterzeugung am Lenkhandrad weitergeleitet. Die Ansteuerung des Lenkradaktuators erfolgt derart, daß der vom Fahrer wahrgenommene Drehwiderstand bzw. Drehmomentverlauf demjenigen entspricht, der von einem konventionellen Lenksystem bei gleicher Kraft-/Drehmomenteinwirkung im Lenkgestänge hervorgerufen worden wäre. Die aus dem Stand der Technik bekannten steer-by-wire-Lenksysteme weisen einen Lenkradaktuator und einen Lenkaktuator auf, die über einen Regelkreis miteinander verbunden sind. Der Lenkradaktuator besteht aus den Bauteilen Lenkhandrad, obere Lenksäule und Elektromotor. Verbunden sind diese drei Bauteile durch eine Drehstabfeder und ein Getriebe. Der Lenkaktuator setzt sich aus unterer Lenksäule und einem Stellglied zusammen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine mit einem Elektromotor zusammenwirkende Schubstange oder einen mit einem Proportionalventil gekoppelten Arbeitskolben handeln.
• Sowohl der Lenkrad- als auch der Lenkaktuator werden jeweils durch einen Regelkreis gesteuert. Der Regelkreis des Lenkradaktuators hat die Aufgabe entsprechend dem Fahrzustand über ein Drehmoment eine Rückwirkung am Lenkhandrad zu erzeugen, die dem Fahrer dasselbe Lenkgefühl vermittelt, wie er es aus herkömmlichen, mechanisch gekoppelten Lenksystemen gewohnt ist. Das Lenkradmoment wird durch eine Verdrehung der Drehstabfeder erzeugt, die einer Relativverdrehung der oberen Lenksäule zum Lenkhandrad entspricht. Aufgabe des Regelkreises des Lenkradaktuators ist es die relative Verdrehung zwischen oberer Lenksäule und Lenkhandrad entsprechend dem vorgegebenen Sollwert einzustellen. Der Sollwert des für den Fahrer als Rückwirkung am Lenkhandrad spürbaren Lenkmoments ist die Führungsgröße im Regelkreis. Als Störgrößen im Regelkreis treten Reib- und Trägheitsmomente der Bauteile auf. Diese Störgrößen können zu einem zeitverzögerten Ansprechen des Lenksystems auf den Lenkwunsch des Fahrers führen, sowie die Rückwirkung am Lenkhandrad negativ beeinflussen.
• Infolgedessen stellt sich beim Fahrer ein Unsicherheitsgefühl ein.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Lenksystem darzustellen, das unabhängig von Störungseinflüssen dem Fahrer ein Lenkgefühl vermittelt, das dem tatsächlichen Fahrzustand entspricht.
• Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemäßes Lenksystem gelöst.
• Um die Regelqualität des Regelkreises des Lenkradaktuators zu verbessern, wird in dem Regelkreis eine Vorsteuerung implementiert, die mit Hilfe der gemessenen oder berechneten Lenkradbeschleunigung ein ausreichend schnelles Ansprechen des Lenkhandradmomentes auf Änderungen des Fahrzustands realisieren kann. Die Vorsteuerung ist durch die Größen Trägheit, Winkelbeschleunigung am Lenkhandrad und Übersetzung des Getriebes gekennzeichnet.
• DE 198 04 821 A1 zeigt eine Lenkungssteuerungsvorrichtung mit einer Lenkwelle, auf welche eine Lenkkraft über ein Lenkrad aufgebracht wird; einer Lenkwinkelerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Lenkwinkels, welcher ein Drehwinkel der Lenkwelle ist; einer Lenkwellenantriebseinrichtung zum Drehen der Lenkwelle; einer Lenkkrafterfassungseinrichtung zum Erfassen der über das Lenkrad auf die Lenkwelle aufgebrachte Lenkkraft; einer Dreheinrichtung zum Drehen eines gelenkten Rades auf der Basis des Lenkwinkels, wobei die Dreheinrichtung mechanisch von der Lenkwelle getrennt ist; einer Drehreaktionskraft-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer auf das gelenkte Rad aufgebrachten Drehreaktionskraft; und einer Drehbetragerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Drehbetrags des gelenkten Rades; wobei die Lenkwellenantriebseinrichtung die Lenkwelle unter Berücksichtigung der Lenkkraft, der Drehreaktionskraft, des Lenkwinkels und des Drehbetrags antreibt.
• Nachfolgend ist anhand der Figur ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenksystems näher beschrieben.
• Die einzige Figur zeigt einen Regelkreis eines Lenkradaktuators in einem erfindungsgemäßen Lenksystem.
• Ein über ein nicht dargestelltes Lenkhandrad vorgegebenes Lenkrad-Sollmoment 1 wird über die Steifigkeit des Drehstabes 2 in einen Drehstab-Sollverdrehwinkel 3 umgewandelt. Über einen Regler 4 wird mit Hilfe einer Vorsteuerung 5 ein Sollmoment an einen Elektromotor 6 weitergegeben. Über ein Getriebe 7 und unter Berücksichtigung von Reibung 8 und Trägheit 9 wird über eine Lenksäule 10 ein Drehstab-Istverdrehwinkel 11 erzeugt, der mit dem Drehstab-Sollverdrehwinkel 3 abgeglichen wird.
• Bezugszeichenliste

1

Lenkrad-Sollmoment

2

Drehstab

3

Drehstab-Sollverdrehwinkel

4

Regler

5

Vorsteuerung

6

Elektromotor

7

Getriebe

8

Reibung

9

Trägheit

10

Lenksäule

11

Drehstab-Istverdrehwinkel

Claims (7)

1. Lenksystem mit einem Regelkreis für mindestens einen Lenkaktuator und einem Regelkreis für mindestens einen Lenkradaktuator, wobei der Lenkradaktuator mit dem Lenkaktuator über einen Regelkreis verbunden ist, dadurch gekenzeichnet, dass der Regelkreis des Lenkradaktuators eine Vorsteuerung aufweist, um die Regelqualität des Drehmomentes am Lenkhandrad zu verbessern.
2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerung durch die Kenngrößen Trägheit (9), Winkelbeschleunigung am Lenkhandrad und Übersetzung eines Getriebes (7) bestimmt wird.
3. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkaktuator einen Elektromotor aufweist, derüber einen Kugelumlaufmechanismus auf eine Schubstange wirkt.
4. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkaktuator mindestens einen Elektromotor aufweist, der über ein Antriebsritzel auf eine Zahnstange wirkt.
5. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkradaktuator einen Elektromotor (6) enthält, der dem Fahrer über das Lenkhandrad ein Drehmoment zurückliefert.
6. Lenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) des Lenkradaktuators ein Asynchronmotor ist.
7. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkaktuator ein Proportionalventil aufweist, das einen Arbeitskolben steuert.

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