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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Regeln einer Lenkhilfepumpe in einem Kraftfahrzeug.
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Aus
dem Stand der Technik ist bekannt, dass der Fahrer eines Kraftfahrzeugs
beim Steuern des Kraftfahrzeugs über
ein Lenkrad durch eine Lenkhilfe unterstützt wird. Eine jeweils erforderliche
Unterstützung
des Fahrers beim Betätigen
des Lenkrades ist dabei in einem Bereich nahe eines Fahrzeugsstillstandes
am größten, aber
auch in anderen Bereichen der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht zu unterschätzen. Dabei
tritt ein Einsatzfall nahe des Fahrzeugsstillstandes regelmäßig beim
Rangieren des Fahrzeugs und insbesondere beim Einparken auf.
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Die
in diesen Fällen
in bekannter Weise unterstützend
eingreifende Lenkhilfe wird über
eine sogenannte Lenkhilfenpumpe durch die jeweilige Verbrennungskraftmaschine
des betreffenden Fahrzeugs versorgt. Hierzu erzeugt die Verbrennungskraftmaschine
ein entsprechendes und an die Lenkhilfenpumpe abzugebendes Moment.
Im Fall einer digitalen Motorelektronik (DME) für Otto-Maschinen und auch einer
digitalen Dieselelektronik (DDE) für die Diesel-Maschinen existieren
zur Zeit jedoch nur Berechnungsmodelle zur Bestimmung eines maximal
erforderlichen und mithin durch die jeweilige Verbrennungskraftmaschine
vorzuhaltenden Pumpenmomentes, das in Abhängigkeit zu einem Lenkwinkel und
der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit steht. Diese Berechnung basiert
zudem auf der Annahme eines maximalen Reibwerts der Fahrbahn, der
nicht zwingend einem jeweilig vorliegenden Realwert entspricht.
Damit ist bei Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik
stets eine Leistungsreserve der Verbrennungskraftmaschine für die Lenkhilfenpumpe
vorzuhalten, die aus Sicherheitsgründen in jedem Fall höher als
erforderlich angesetzt.
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Ferner
treten Abweichungen zwischen einem realen Lenkhilfemoment und einem
durch eine entsprechende Elektronik berechneten situativ erforderlichen
Modell basiert berechneten Wert für ein aktuell erforderliches
Lenkhilfemoment auf. Diese Abweichungen zwischen einem realen Wert
und einem Modellwert können
zu Instabilitäten
im Motorleerlaufbereich führen.
Es tritt also neben dem Problem einer tendenziell zu hohen Leistungsaufnahme
der Verbrennungskraftmaschine zur Deckung nicht erforderlicher Reserven
für ein
an die Lenkhilfenpumpe abzuführendes
Moment durch die ungenauen Modellierungen der aktuellen Zustände noch
ein Problem bei einer stabilen Leerlaufregelung der Verbrennungskraftmaschine
selber auf.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und
ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das aus dem Stand
der Technik bekannte Verfahren und Vorrichtungen hinsichtlich der Ökonomie
und der Regelungsstabilität
verbessert.
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Diese
Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ein
Leerlaufregler für
eine Verbrennungskraftmaschine ist typischer Weise als PI-Regler
ausgebildet, dessen Ausgangssignal durch einen sog. Limiter begrenzt wird.
Zur Stabilisierung des Ausgangssignals in der durch den Limiter
gesetzten Begrenzung wird eine sog. Anti-Windup-Kompensation eingesetzt.
Nach der Begrenzung werden zur Stellgröße des PI-Reglers Signale der
Nebenaggregate, wie beispielsweise Generator oder Lichtmaschine,
Klimaanlage usw., in Form einer Vorsteuerung aufgeschaltet. Im Fall
der Lenkhilfenpumpe wird an dieser Stelle das vorstehend beschriebene
zu großem
Momentsignal verwendet.
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Erfindungsgemäß wird nun
ein maximales Moment der Lenkhilfenpumpe über eine Information aus der
Anti-Windup-Kompensation mit Hilfe eines Skalierungsfaktors angepasst.
In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist dementsprechend eine Anpassungseinheit zur Bestimmung eines
jeweils maximal erforderlichen Lenkhilfenpumpenmomentes vorgesehen,
der als eine Eingangsgröße ein Signal
aus dem Rückkoppelast
des Anti- Windup-
Kompensationskreis zusammen mit den bereits aus dem Stand der Technik
bekannten Lenkhilfenpumpenberechnungsparametern zugeführt wird.
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Vorteilhafterweise
wird bei Änderung
des Reibwertes des Straßenbelages
aufgrund einer bleibenden Abweichung zwischen einem berechneten Momentensignal
und einem realen Lenkhilfenpumpenmoment der PI-Regler in den Anschlag
des Begrenzers bzw. Limiters geführt.
Die Regelstrategie erkennt diesen Anschlag anhand eines Signales
der Anti-Windup-Kompensation
und passt den Reibwertfaktor ar des Straßenbelages
entsprechend an. Dies führt
dazu, dass die Vorsteuerung ein real wirkendes Lenkhilfenpumpenmoment
genau abbildet und der PI-Regler in seinen normalen Arbeitspunkt,
das heißt innerhalb
der Begrenzungen des Begrenzers bzw. Limiters, zurückgeführt wird.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird der im Rahmen des vorstehend dargestellten Verfahrens
als Skalierungsfaktor des Lenkhilfenpumpenmoments MLH ermittelte
Reibwert faktor eines aktuell vorliegenden Straßenbelages zur weiteren Verwendung
durch eine nachgeschaltete Motorelektronik separat ausgegeben.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird darüber
hinaus der Reibwertfaktor auch in Abhängigkeit einer Betätigung eines
Bremslichtschalters und/oder bei Änderungen des Bremsdrucks innerhalb
des Bremssystems angepasst. Hintergrund dieser Maßnahme ist,
dass im Fahrzeugstillstand sich die Lenkkräfte bei Lenkbewegungen mit
und ohne gebremste Vorderräder
unterscheiden. Da mit gebremsten Vorderrädern die Lenkhilfenpumpenmomente
höher werden,
wird der Reibwertfaktor ar zur Erleichterung
von Lenkradbewegungen auch in einem stillstandsnahen Bereich entsprechend
angepasst.
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Weitere
Vorteile eines erfindungsgemäßen Verfahrens
und einer entsprechenden Vorrichtung werden nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispiels
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren in der Zeichnung
näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung:
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1:
eine erfindungsgemäße Vorrichtung in
einer Darstellung als Blockdiagramm zur Umsetzung eines Verfahrens
zur Anpassung von Lenkhilfenpumpenmomenten an ein jeweiliges Anforderungsprofil;
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2:
ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Verfahrens nach dem Stand
der Technik;
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3:
eine diagrammartige Darstellung des Zusammenhangs des zwischen Lenkwinkel α und dem
Lenkhilfenpumpenmoment MLH in einer Kurvenschar
in Abhängigkeit
von dem Reibwert ar und
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4:
eine Gegenüberstellung
des zeitlichen Verlaufes des Lenkhilfenpumpenmomentes MLH gemäß dem Stand
der Technik und nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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In 2 ist
ein bekanntes Verfahren zur Regelung einer Leerlaufdrehzahl ωLL einer Brennkraftmaschine M unter Vorgabe
einer Soll-Leerlaufdrehzahl ωLL soll als Vorrichtung 1 in
Form eines Blockschaltdiagramms dargestellt. Der dargestellte Leerlaufregler 1 ist
in seinem Kern als PI-Regler ausgeführt, dessen P- und I-Anteil
in der Abbildung von 2 separat angedeutet sind. Ein
Ausgangssignal dieses PI-Regelkreises wird auf einem Begrenzer L gegeben.
Aus der Differenz von Eingangswert des Begrenzers L und dessen Ausgangswert
wird eine Differenzgröße δ gebildet.
Diese Differenzgröße δ wird unter
Verstärkung
in einem Anti-Windup-Rückkopplungsast
invertiert an den Eingang des PI-Reglers
zurückgeführt. In
bekannter Weise werden am Ausgang des Begrenzers L Lastsignale von
Nebenaggregaten des betroffenen Kraftfahrzeugs als Vorsteuergrößen hinzuaddiert,
also Momentenanforderungen durch den Generator einer Lichtmaschine, den
Kompressor einer Klimaanlage etc.. Auf der Basis einer Fahrzeuggeschwindigkeit
v sowie eines aktuellen Lenkwinkels α sowie einer Lenkwinkeländerung α . wird
eine Berechnung zur Festlegung eines Lenkhilfenpumpenmoments MLH einer Lenkhilfenpumpe LHP durchgeführt. Auch
diese Größe wird
als Vorsteuerung additiv der Steuergröße für die Verbrennungskraftmaschine
M zur Einstellung einer Leerlaufdrehzahl ωLL zugeschlagen.
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Die
zugrundeliegende Berechnung des Lenkhilfenpumpenmomentes MLH erfolgt hierbei unter Annahme eines statischen
Reibwertfaktors ar für den Straßenbelag. Für diese Abschätzung wird
aus Sicherheitsgründen
heraus ein schlimmstmöglicher Fall
für den
Reibwertfaktor ar statisch festgelegt. Diese
Abschätzung
erweist sich jedoch in einer Vielzahl von Fällen als wesentlich zu negativ,
wodurch auf Kosten eines erhöhten
Verbrauchs der Verbrennungskraftmaschine M im Regelfall zu hohe
Momente MLH für die Lenkhilfenpumpe LHP mit
ebenfalls zu großer
Stellreserve für
den Fall rasch eintretender Erhöhungen
dieser Lenkhilfenpumpenmomente MLH bereitgestellt
werden.
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3 zeigt
in Form einer Kurvenschar einen Zusammenhang zwischen einem jeweiligen
Lenkwinkel α und
einem dafür
erforderlichen Lenkhilfenpumpenmoment MLH in
Abhängigkeit
verschiedener Reibwertfaktoren ar. Innerhalb
eines Intervalls von –αmax,
+αmax verlaufen die Kurven der Kurvenschar
im Wesentlichen Parabel-artig. Die unterste, gestrichelt eingezeichnete
Linie mit geringster Steigung kennzeichnet einen Einfall mit real
auftretendem, minimalen Reibwert ar. Die
Kurve mit durchgezogener Linie kennzeichnet einen realen Zusammenhang
im Normbereich bei ungebremsten Lauf der Räder. Die am Steilsten verlaufende
Linie mit kleiner Strichelung kennzeichnet quasi als Worst-case
den Zusammenhang beim Bremsen. Da sich ein Lenken auch bei modernen
Lenkvorrichtungen mit nicht-starren Achsen stets als Überlagerung
von Rotations- und Translationsbewegung an einem jeweiligen Rad
darstellt, wirkt eine gleichzeitige Bremsung des Kraftfahrzeugs der
Umsetzung der Lenkbewegung entgegen. Dementsprechend muss die Lenkung
durch das Moment der Lenkhilfenpumpe bei jeder Art von Bremsung
unterstützt
werden, um die – beim
Bremsen auftretende Erschwerung der Lenkbewegung mit einer Behinderung
bzw. sogar Blockierung der Radbewegung gemindert oder sogar kompensiert
werden muss. Ein in einer Vorrichtung gemäß der 2 fest vorgegebener
Reibwert ar entspricht im Wesentlichen dem
zuletzt beschriebenen Kurvenzusammenhang zwischen Lenkwinkel α und Lenkhilfenpumpenmoment MLH gemäß der strich-punktiert
dargestellten Kurve von 3.
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Das
Ergebnis dieses starren Ansatzes mit zu hoch eingesetztem Reibwert
ar ist im zeitlichen Verlauf von 4 skizziert
dargestellt. Der PI-Regelkreis läuft
aufgrund des vorstehend dargestellten Modellfehlers in die Begrenzung
des Limiters L. Der I-Anteil des PI-Regelkreises integriert diesen Einfluss
auf, so dass sich die schraffierte Fläche von 4 mit der Darstellung
einer völlig
unnötigen
Erhöhung
des Lenkhilfenpumpenmoment MLH ergibt.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist in dem Blockschaltbild gemäß 1 dargestellt.
Aufbauend auf der Struktur von 2 wird hierbei
das Eingangssignal δ der
Anti-Windup-Rückkopplungsschleife
einer Einrichtung 2 zur Anpassung des Lenkhilfenpumpenmomentes
MLH zugeführt. Eine Regelgröße δ ergibt sich
nur in dem Fall, das sich durch den Begrenzer L mit vorgegebenen
beidseitigen Grenzen G zwischen dem Ausgangssignal des PI-Regelkreises
und dem Ausgangssignal des Begrenzers L eine Differenz ergibt. Hierdurch
wird mit anderen Worten erreicht, dass eine Anpassung des Lenkpumpenhilfsmomentes
MLH nur in dem Fall vorgenommen wird, dass
das Ausgangssignal des Regelkreises in die Grenzen G des Begrenzers
L läuft. Im
Rahmen einer derartigen Anpassung wird dann zur Berechnung eines
neuen Lenkhilfenpumpenmomentes MLH neben
dem Lenkwinkel α und
einer Änderung
des Lenkwinkels α . sowie einer Fahrzeuggeschwindigkeit v auch eine Änderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit v . miteinbezogen. Ferner kann berücksichtigt
werden, dass ein Einlenken stets mehr Kraftaufwand erfordert, als
ein Zurücklenken.
Im Ergebnis dieser Anpassungsmaßnahme
wird ein neuer Reibwertfaktor ar ermittelt,
der auch für
weitere fahrzeuginterne Auswertungsmaßnahmen zur Verfügung gestellt
wird.
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In
einer weiteren Ausbaustufe wird bei der Anpassung des Lenkhilfenpumpenmomentes
MLH auch ein Eingangssignal b eines Zusatzmoduls 3 berücksichtigt.
Das Eingangssignal b wird nur bei Betätigung eines Bremslichtschalters
und/oder einer Veränderung
des Bremsdrucks an die Anpassungseinheit gesendet. Hierdurch wird
die Tatsache berücksichtigt,
dass durch ein Bremsen die im Zuge jeder Lenkbewegung ablaufenden
Rotations- und Translationsbewegungen ebenfalls bremst und somit
behindert werden. Zur Minderung oder Kompensation dieses negativen
Einflusses der Bremsung auf Lenkbewegungen ist damit die Lenkung
durch das Lenkhilfemoment MLH zu stärken.
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Der
Einfluss einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist ebenfalls
in dem Verlauf des Lenkhilfenpumpenmomentes MLH über der
Zeit gemäß 4 dargestellt.
Durch die Kopplung an das Differenzsignal δ hält das Lenkhilfenpumpenmoment
MLH nun einen vorgegebenen Grenzwert G mit
Erreichen zu einem Zeitpunkt t1 bis zu einem
Zeitpunkt t2 mit einem beginnenden Abklingen
ein. Ein durch den I-Anteil des PI-Regelkreises auftretendes Übersteuern mit
seinem unnötigen
Energieaufwand seitens der Verbrennungskraftmaschine M unterbleibt
sodann.
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In
einer nicht weiter schaltungstechnisch dargestellten Ausführungsform
ist auch die vorgegebene Grenze G im Zuge der Anpassung des Lenkhilfenpump-Momentes
MLH selber in Abhängigkeit von Lenkwinkel α und/oder
Fahrzeuggeschwindigkeit v sowie weiteren Einflussgrößen einstellbar.
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- 1
- Vorrichtung/Leerlaufregler
- 2
- Einrichtung
zur Anpassung des Lenkhilfenpumpenmomentes MLH
- 3
- Zusatzmodul
- ωLL
- Leerlaufdrehzahl
- M
- Verbrennungskraftmaschine
- ωLL soll
- Soll-Leerlaufdrehzahl
- P
- P-Anteil
des PI-Regelkreises
- I
- I-Anteil
des PI-Regelkreises
- L
- Begrenzer/Limiter
- MLH
- Lenkhilfenpumpenmoment
- LHP
- Lenkhilfenpumpe
- δ
- Differenzgröße
- α
- Lenkwinkels
- α .
- Lenkwinkeländerung
- v
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- v .
- Änderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit
- ar
- Reibwertfaktor
- G
- Grenze
- b
- Eingangssignal
- t1
- Zeitpunkt
- t2
- Zeitpunkt