DE102004060030A1

DE102004060030A1 - Verfahren zum Zurückstellen eines Lenkrades in seine Ausgangsstellung und zur Bestimmung des Rückstellmomentes

Info

Publication number: DE102004060030A1
Application number: DE200410060030
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. Lehmann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zurückstellen eines Lenkrades (6) in seine nicht ausgelenkte, der Geradeausstellung der lenkbaren Fahrzeugräder (12, 14) entsprechenden Ausgangsstellung und ein Verfahren zur Bestimmung der Rückstellkraft oder das Rückstellmoment (RM). Die Rückstellkraft oder das Rückstellmoment (RM) wird abhängig von den aktuell an zumindest einer der Spurstangen (11, 13) des Lenksystems (5) des Fahrzeugs wirkenden Spurstangenkraft (F1, F2) bestimmt und über einen Rückstellmotor (20) eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Rückstellkraft oder eines Rückstellmomentes zum Zurückstellen eines Lenkrades in seine nicht ausgelenkte, der Geradeausstellung der lenkbaren Fahrzeugräder entsprechenden Ausgangsstellung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Zurückstellen eines Lenkrades in die Ausgangsstellung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 7.

Derartige Verfahren sind aus der WO 2004/022412 A1 bekannt. Die Rückstellkraft bzw. das Rückstellmoment wird dabei fahrsituationsabhängig berechnet, insbesondere abhängig vom Lenkwinkel, vom Lenkmoment, von der Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder von der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung das Zurückstellen des Lenkrades in seine Ausgangsstellung weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 7 gelöst.

Dadurch, dass die Rückstellkraft oder das Rückstellmoment zum Zurückstellen des Lenkrades in seine der Geradeausstellung der lenkbaren Fahrzeugräder entsprechenden Ausgangsstellung abhängig von wenigstens einer Spurstangenkraft ermittelt wird, kann eine ausreichend große Rückstellkraft bzw. ein ausreichend großes Rückstellmoment eingestellt und damit ein vollständiges Zurückstellen des Lenkrades gewährleistet werden. Dies gilt unabhängig davon, ob das Fahrzeug sich mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegt, beschleunigt oder auch ohne Antriebs- und Verzögerungskraft rollt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Spurstangenkraft parameterabhängig ermittelt wird. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Spurstangenkraft abhängig von der Radlast an dem mit der Spurstange verbundenen Fahrzeugrad ermittelt wird. Diese Radlast hängt ab von der Beladung des Fahrzeugs und der dynamischen Radlaständerung während der Fahrzeugbeschleunigung oder der Fahrzeugverzögerung.

An der Vorderachse kann die Radlast der lenkbaren Fahrzeugräder z.B. wie folgt bestimmt werden: Zunächst erfolgt eine Schätzung der statischen Radlast aus einem Mittelwert der Radlast bei fahrbereitem Fahrzeug und der Radlast bei maximal beladenem Fahrzeug. Die Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung kann z.B. aus den Raddrehzahlen oder einen Längsbeschleunigungssensor bestimmt werden. Daraus lässt sich über eine Zuordnung, die die Fahrzeuggeometrie berücksichtigt, die auftretende Radlaständerung und mithin die aktuell vorliegende Radlast ermitteln. Zur Zuordnung kann beispielsweise ein im Fahrzeug hinterlegtes Kennfeld dienen.

Des Weiteren kann die parameterabhängige Bestimmung der Spurstangenkraft abhängig von dem Radmoment des mit der Spurstange verbundenen Fahrzeugrades ermittelt durchgeführt werden.

Auf diese Weise ist es möglich, die Rückstellkraft oder das Rückstellmoment genauer auf die tatsächlich herrschenden Bedingungen anzupassen und dem Fahrer beim Zurückstellen des Lenkrades in die Ausgangsstellung ein gutes Lenkverhalten des Lenksystems zu vermitteln.

Bei dieser Ausführung kann das Radmoment aus dem Radantriebsmoment und dem Radbremsmoment des mit der Spurstange verbundenen Fahrzeugrades ermittelt werden. Das Radantriebsmoment und das Radbremsmoment sind häufig auf einem Datenbus des Fahrzeugs auf einfache Weise verfügbar. Insbesondere kann aus dem Radmoment sehr einfach über eine Kennlinie die Reibungskraft eines Lenkgetriebes des Lenksystems ermittelt werden. Die Reibungskraft wiederum kann dann zur Bestimmung der Rückstellkraft oder des Rückstellmoments dienen.

Wird die Rückstellkraft oder das Rückstellmoment über einen Rückstellmotor eingestellt so erfolgt dies vorteilhafterweise nur dann, wenn der Fahrer kein Handmoment auf das Lenkrad aufbringt. Über das Handmoment kann sehr einfach erkannt werden, ob der Fahrer ein Zurückstellen des Lenkrades in seine Ausgangsstellung wünscht.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels Lenksystems eines Fahrzeugs.
In der Figur ist schematisch nach Art eines Blockschaltbildes ein Lenksystem 5 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs gezeigt. Das Lenksystem 5 weist ein Lenkrad 6 auf, das über eine Lenksäule 7 mit einem Lenkgetriebe 8 verbunden ist. Das Lenkgetriebe 8 umfasst eine verschiebbar durch eine Lageranordnung 9 gelagerte Zahnstange 10, deren translatorische Ver schiebung über eine erste Spurstange 11 in eine Auslenkung des lenkbaren linken Vorderrades 12 und über eine zweite Spurstange 13 in eine Auslenkung des rechten Vorderrades 14 umgesetzt wird.
Zur Betätigung der Zahnstange 10 ist ein an dem dem Lenkrad 6 abgewandten Ende 17 der Lenksäule 7 angebrachtes Ritzel 18 vorgesehen, das mit der Zahnstange 10 in Eingriff steht.
Das Lenksystem 5 weist des Weiteren einen Servomotor 20 auf, der eine Unterstützungskraft bzw. ein Unterstützungsmoment generiert, das das vom Fahrer am Lenkrad 6 aufzubringende Handmoment HM beim Auslenken der lenkbaren Fahrzeugräder 12, 14 reduziert. Der Servomotor 20 kann als hydraulischer oder elektrischer Motor ausgeführt sein. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen ansteuerbaren Elektromotor.
Das beispielsgemäße Lenksystem 5 verfügt außerdem über eine Steuereinrichtung 25, die zur Ansteuerung des Servomotors 20 ein Ansteuersignal A erzeugen kann. Dieses Ansteuersteuersignal A wird in der Steuereinrichtung 25 parameterabhängig berechnet. Dafür wird an der Steuereinrichtung 25 das von einem Handmomentensensor 26 erfasste, vom Fahrer am Lenkrad 6 aufgebrachte Handmoment HM, der durch einen Lenkradwinkelsensor 28 erfasste Lenkradwinkel W, das Motormoment MM, die aktuell eingelegte Gangstufe G, die Längsbeschleunigung ax und die radindividuellen Bremsmomente BM zugeführt.
Das Motormoment MM, die Gangstufe G, die Längsbeschleunigung ax – wobei es sich auch um eine Verzögerung, also eine negative Beschleunigung handeln kann – und die radindividuellen Bremsmomente BM sind beim bevorzugten Ausführungsbeispiel auf einem Datenbus 27 des Fahrzeugs verfügbar.
Es versteht sich, dass in Abwandlung hierzu der Steuerreihenrichtung 25 anstelle der radindividuellen Bremsmomente auch andere, die radindividuellen Bremsmomente charakterisierenden Radbremsgrößen übermittelt werden könnten, wie z. B. die radindividuellen Bremskräfte oder Bremsdrücke. Ebenso könnte anstelle des Motormomentes MM und der Gangstufe G auch direkt das Antriebsmoment an den angetriebenen Rädern der Steuereinrichtung 25 übermittelt werden, sofern dies verfügbar ist.
Durch die Ansteuerung des Servomotors 20 mittels der Steuereinrichtung 25 kann eine Rückstellkraft und beispielsgemäß ein Rückstellmoment RM hervorgerufen werden, das dazu dient, das Lenkrad 6 in seine Ausgangsstellung zurückzudrehen. Die Ausgangsstellung des Lenkrades 6 entspricht dabei der Geradeausstellung der lenkbaren Fahrzeugräder 12, 14. In der Ausgangsstellung des Lenkrades 6 ist mithin der an den lenkbaren Fahrzeugrädern 12, 14 eingestellte Lenkwinkel im Wesentlichen gleich Null. Die Stellung des Lenkrades 6 und damit auch die Stellung der lenkbaren Fahrzeugräder 12, 14 wird über den Lenkradwinkelsensor 28 erkannt. Der Lenkwinkelsensor 7 kann im Mantelrohr der Lenksäule 7 integriert sein.
Zur Erkennung des Stellung der lenkbaren Fahrzeugräder 12, 14 ist der Zahnstange 10 ein Positionssensor 30 zugeordnet, der eine mit dem an den lenkbaren Fahrzeugrädern 12, 14 eingestellten Lenkwinkel korrelierende Zahnstangenposition P erfasst und an die Steuereinrichtung 25 übermittelt.
In Abwandlung zum dargestellten Ausführungsbeispiel wäre es auch ausreichend, entweder der Lenkradwinkelsensor 28 oder den Positionssensor 30 vorzusehen.
Zum Zurückstellen des Lenkrades in seine Ausgangsstellung reicht es auch, wenn der Positionssensor 30 und/oder der Lenkradwinkelsensor 7 die Geradeausstellung der lenkbaren Fahrzeugräder 12, 14 bzw. Ausgangslage des Lenkrades 6 erkennen. Eine Erfassung des Lenkradwinkels W oder des Lenkwinkels über den gesamten Bereich ist nicht notwendig. Es genügt lediglich die Ausgangslage bzw. Geradeausstellung und die Richtung der Auslenkung zu erfassen.
Das Rückstellmoment RM wird über den Servomotor 20 dann erzeugt, wenn erkannt wird, dass der Fahrer bei ausgelenkten lenkbaren Fahrzeugrädern 12, 14 das Beenden der Kurvenfahrt und somit das Zurückstellen der lenkbaren Fahrzeugräder 12, 14 in ihre Geradeausstellung anfordert. Dies wird dadurch erkannt, dass bei ausgelenkten lenkbaren Fahrzeugrädern 12, 14, also bei einem Lenkwinkel ungleich Null, vom Fahrer am Lenkrad 6 kein Handmoment HM mehr aufgebracht wird.
Über das von der Steuereinrichtung 25 erzeugte Ansteuersignal A wird sowohl der Betrag als auch die Richtung des Rückstellmomentes RM bestimmt. Bei der Ermittlung des Ansteuersignals A in der Steuereinrichtung 25 wird die von der ersten Spurstange 11 auf die Zahnstange 10 einwirkende erste Spurstangenkraft F1 und die von der zweiten Spurstange 13 auf die Zahnstange 10 einwirkende zweite Spurstangenkraft F2 berücksichtigt. Dadurch wird der Betrag des Rückstellmomentes RM abhängig von den beiden Spurstangenkräften F1, F2 eingestellt.
Die beiden Spurstangenkräfte F1, F2 sind parameterabhängig. Beim Ausführungsbeispiel werden die beiden Spurstangenkräfte F1, F2 abhängig von dem am jeweils zugeordneten lenkbaren Fahrzeugrad 12 bzw. 13 anliegenden Radmoment MRL bzw. MRR berechnet. Das am linken Vorderrad 12 anliegende linke Radmo ment MRL und das am rechten Vorderrad 14 anliegende rechte Radmoment MRR ergeben sich aus dem am jeweiligen Fahrzeugrad 12 bzw. 14 vorliegenden Radantriebsmoment und Radbremsmoment. Sofern die beiden lenkbaren Fahrzeugräder 12 bzw. 14 nicht angetriebene Räder sind, kann die Berücksichtigung des Radantriebsmomentes selbstverständlich entfallen. Dann ist es auch nicht notwendig, der Steuereinrichtung 25 das Motormoment MM und die Gangstufe G zu übermitteln.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden lenkbaren Fahrzeugräder 12, 14 gleichzeitig auch die angetriebenen Räder. Durch die Radmomente MRL, MRR entsteht an den Spurstangen 11, 13 jeweils eine Spurstangenkraft F1, F2, wodurch sich zwischen der Lageranordnung 9 und der Zahnstange 10 des Lenkgetriebes 8 eine Reibungskraft FR ausbildet, die zum Verschieben der Zahnstange 10 überwunden werden muss.
Weiterhin hängen die Spurstangenkräfte F1, F2 von der Radlast an den lenkbaren Fahrzeugrädern ab. Die statische Radlast ist fahrzeugabhängig fest vorgegeben und kann aus einem Mittelwert der Radlast bei fahrbereitem Fahrzeug und der Radlast bei maximal beladenem Fahrzeug ausreichend genau geschätzt werden. Eine sich aus der Längsbeschleunigung ax des Fahrzeugs ergebende dynamische Radlaständerung lässt sich über eine Zuordnung ermitteln, die die Fahrzeuggeometrie berücksichtigt. Zur Zuordnung kann beispielsweise eine im Fahrzeug hinterlegte Kennlinie dienen. Aus der statischen Radlast und der dynamischen Radlaständerung erfolgt schließlich die Berechnung der aktuell vorliegende Radlast in der Steuereinrichtung 25.
Zum Zurückstellen des Lenkrades 6 in seine Ausgangsstellung wird daher das Rückstellmoment RM betragsmäßig so gewählt, dass dadurch eine Kraft auf die Zahnstange 10 ausgeübt wird, die größer ist als die Reibungskraft FR, so dass ein vollständiges Zurückstellen des Lenkrades 6 in die Ausgangsstellung gewährleistet ist. Das erfolgte vollständige Zurückstellen des Lenkrades 6 wird über den Lenkradwinkelsensor 28 und/oder über den Positionssensor 30 festgestellt.
Der Betrag der Reibungskraft FR kann über eine Kennlinie aus den an den lenkbaren Fahrzeugrädern 12, 14 wirkenden Radmomenten MRL, MRR ermittelt werden. Die Kennlinie, also der Zusammenhang zwischen den Radmomenten MRL, MRR und der Reibungskraft FR, kann beispielsweise empirisch dadurch ermittelt werden, dass auf die lenkbaren Fahrzeugräder 12, 14 des Lenksystems 5 Radmomente MRL, MRR mit verschiedenen Beträgen und Richtungen aufgebracht und die sich jeweils einstellende Reibungskraft FR gemessen wird. Zusätzlich wird auch die dynamische Radlast an den lenkbaren Fahrzeugrädern 12, 14 berücksichtigt, wie dies bereits erläutert wurde. Die sich daraus insgesamt ergebende Kennlinie kann dann in der Steuereinrichtung 25 abgespeichert werden. Die Radmomente MRL, MRR können in der Steuereinrichtung 25 während des Fahrzeugbetriebs aus dem Motormoment MM, der aktuellen Gangstufe G und den radindividuellen Bremsmomenten BM berechnet werden. Die Längsbeschleuigung ax wird der Steuereinrichtung 25 übermittelt. Über die Kennlinie wird dann abhängig von der Radmomenten MRL, MRR und der Längsbeschleunigung ax die Reibungskraft FR und daraus wiederum der Betrag des gewünschten Rückstellmomentes RM bestimmt, das dann durch die Ansteuerung des Servomotors 20 eingestellt wird.
Alternativ zur empirischen Ermittlung der Reibungskraft FR in Abhängigkeit von den Radmomenten MRL, MRR können die beiden Spurstangenkräfte F1, F2 auch in Abhängigkeit von den Radmomenten MRL, MRR berechnet werden. Die Berechnung erfolgt in Abhängigkeit von der Achsgeometrie durch mathematische Funktionen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Rückstellkraft oder eines Rückstellmomentes (RM) zum Zurückstellen eines Lenkrades (6) in seine nicht ausgelenkte, der Geradeausstellung der lenkbaren Fahrzeugräder (12, 14) entsprechenden Ausgangsstellung aus einer, sich von der Ausgangsstellung unterscheidenden Lenkstellung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft oder das Rückstellmoment (RM) abhängig von den aktuell an zumindest einer der Spurstangen (11, 13) des Lenksystems (5) des Fahrzeugs wirkenden Spurstangenkraft (F1, F2) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurstangenkraft (F1, F2) parameterabhängig ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurstangenkraft (F1, F2) abhängig von der Radlast an dem mit der Spurstange (11, 13) verbundenen Fahrzeugrad (12, 14) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurstangenkraft (F1, F2) abhängig von dem Radmoment (MRM, MRL) des mit der Spurstange (11, 13) verbundenen Fahrzeugrades (12, 14) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Radmoment (MRM, MRL) aus dem Radantriebsmoment und dem Radbremsmoment (BM) des mit der Spurstange (11, 13) verbundenen Fahrzeugrades (12, 14) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Radmoment (MRM, MRL) über eine Kennlinie eine Reibungskraft (FR) eines Lenkgetriebes (8) oder eines Teils des Lenkgetriebes (8) des Lenksystems (5) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft oder das Rückstellmoment (RM) abhängig von der Reibungskraft (FR) ermittelt wird.
Verfahren zum Zurückstellen eines Lenkrades (6) in seine nicht ausgelenkte, der Geradeausstellung der lenkbaren Fahrzeugräder (12, 14) entsprechenden Ausgangsstellung aus einer, sich von der Ausgangsstellung unterscheidenden Lenkstellung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft oder das Rückstellmoment (RM) abhängig von den aktuell an zumindest einer der Spurstangen (11, 13) des Lenksystems (5) des Fahrzeugs wirkenden Spurstangenkraft (F1, F2) bestimmt und über einen Rückstellmotor (20) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft oder das Rückstellmoment (RM) nur dann über den Rückstellmotor (20) eingestellt wird, wenn der Fahrer kein Handmoment (HM) auf das Lenkrad (6) auf – bringt.