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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung
eines Lenkwinkels bei einem Kraftfahrzeug.
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Fahrerassistenzsysteme
helfen dem Fahrer, die Fahraufgabe ordnungsgemäß zu bewältigen. Seit langem gibt es
Systeme, welche in die Bremsung (z.B. ABS oder ESP) oder den Antriebsstrang
(z.B. Tempomat) eingreifen. Durch die elektromechanische Lenkung
EPS (= Electric Power Steering) ist es möglich, haptische Rückmeldungen
am Lenkrad durch Überlagerung
von Lenkmomenten zu erzeugen oder automatisch zu lenken.
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Aus
der
DE 199 40 007
A1 ist ein Verfahren zur Unterstützung des Einparkens eines
Kraftfahrzeugs bekannt. Dabei werden Soll- und Ist-Trajektorien
verglichen und das Vergleichsergebnis ermöglicht eine mit den Phasen
des Einparkvorgangs schritthaltende Berechnung des Lenkwinkels,
für den in
einem Funktionsblock eine Stellgröße ermittelt wird.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Lenkwinkels
bei einem Kraftfahrzeug,
- – bei dem der durch eine Lenkung
einzustellende Soll-Lenkwinkel ermittelt wird,
- – bei
dem zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels auf die Lenkung ein fahrerunabhängiges Lenkmoment
aufgebracht wird und
- – bei
dem das fahrerunabhängige
Lenkmoment so gewählt
wird, dass die Lenkgeschwindigkeit einen vorgegebenen Sollwert annimmt.
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Dadurch
wird unabhängig
von Größen wie beispielsweise
dem Fahrbahnbelag oder den Radaufstandskräften stets die gleiche Lenkgeschwindigkeit
bei fahrerunabhängigen
Lenkbewegungen einbestellt. Dies führt zu einer Erhöhung des
Fahrkomforts. Weiter findet dadurch eine Minimierung der Abweichungen
zwischen Soll- und Istwert des Lenkwinkels und damit eine Funktionsverbesserung
des Verfahrens statt.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
- – dass
die Einstellung des Lenkwinkels durch eine Regelung erfolgt,
- – wobei
in einer inneren Regelungsschleife des zugrunde liegenden Regelkreises
die vorliegende Ist-Lenkgeschwindigkeit an die vorgegebene Soll-Lenkgeschwindigkeit
angenähert
wird und
- – wobei
in einer äußeren Regelungsschleife
des Regelkreises der vorliegende Ist-Lenkwinkel an den vorgegebenen Soll-Lenkwinkel
angenähert wird.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass in die Ermittlung des fahrerunabhängigen Lenkmoments wenigstens
- – der
Soll-Lenkwinkel,
- – der
vorliegende Ist-Lenkwinkel,
- – die
Soll-Lenkgeschwindigkeit und
- – die
vorliegende Ist-Lenkgeschwindigkeit
eingehen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass
- – ausgehend
von dem einzustellenden Soll-Lenkwinkel ein unkorrigiertes Lenkmoment
ermittelt wird
- – aus
dem unkorrigierten Lenkmoment mittels wenigstens der Ist-Lenkgeschwindigkeit
und der Soll-Lenkgeschwindigkeit das fahrerunabhängige Lenkmoment ermittelt
wird.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass
- – dass
das fahrerunabhängige
Lenkmoment größer als
das unkorrigierte Lenkmoment ist, wenn die Ist-Lenkgeschwindigkeit
kleiner als die Soll-Lenkgeschwindigkeit ist und
- – dass
das fahrerunabhängige
Lenkmoment kleiner als das unkorrigierte Lenkmoment ist, wenn die
Ist-Lenkgeschwindigkeit größer als
die Soll-Lenkgeschwindigkeit ist.
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Weiter
umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur Einstellung eines Lenkwinkels
bei einem Kraftfahrzeug, enthaltend
- – Lenkmittel
zur Einstellung eines Soll-Lenkwinkels,
- – Aktormittel,
mit denen zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels auf die Lenkmittel
ein fahrerunabhängiges
Lenkmoment aufgebracht wird sowie
- – Ermittlungsmittel,
mit denen das fahrerunabhängige
Lenkmoment so gewählt
wird, dass die Lenkgeschwindigkeit einen vorgegebenen Sollwert annimmt.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass es sich dabei um einen semiautonomen Einparkassistenten bzw. eine
Komponente eines semiautonomen Einparkassistenten handelt.
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Die
vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens äußern sich
auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und umgekehrt.
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Zeichnung
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Die
Zeichnung besteht aus den 1 bis 5.
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1 zeigt
die Abhängigkeit
des Lenkwinkels von der Zeit für
verschiedene Reibungskoeffizienten.
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2 zeigt
den schematischen Zusammenhang zwischen einem Reglerparameter und
der Lenkgeschwindigkeit.
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3 zeigt
den Aufbau eines Lenkreglers mit der Funktion zur automatischen
Anpassung der Lenkreglerparameter.
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4 zeigt
den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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5 zeigt
den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Ausführungsbeispiele
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Der
Lenkregler stellt einem Fahrerassistenzsystem, welches auf EPS zurückgreift,
den vorgegebenen Lenkwinkel ein. Dabei beeinflusst die Reibung zwischen
Reifen und Fahrbahn (d.h. Haft-, Gleit- oder Rollreibung) sehr stark
das Moment, welches notwendig ist, um den Lenkwinkel der Räder in einer
vorgegebenen Zeit einzustellen. Die Reibung hängt dabei wesentlich
- – von
der Kombination Reifen/Fahrbahn (z.B. Sommer-/Winterreifen bei unterschiedlichen
Temperaturen auf trockenem/nassem/vereistem Asphalt) und
- – von
der auf die Räder
wirkenden Kraft (insbesondere den Radaufstandskräften), welche abhängig von
der Fahrzeugbeladung und Ladungsverteilung ist
ab.
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Die
Abhängigkeit
des in Ordinatenrichtung aufgetragenen Radlenkwinkels δ von der
in Abszissenrichtung aufgetragenen Zeit t ist in 1 dargestellt.
Als Einheiten sind dabei gewählt:
Abszissenrichtung:
Sekunden
Ordinatenrichtung: Grad
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101 kennzeichnet
den zeitlichen Verlauf des Lenkmoments, zum Zeitpunkt t = 7 Sekunden
wird sprungartig bzw. nahezu sprungartig ein Lenkmoment auf die
Räder gegeben. 103 kennzeichnet
den zeitlichen Verlauf des sich einstellenden Lenkwinkels bei einem
unbeladenen Fahrzeug, 102 kennzeichnet den zeitlichen Verlauf
des sich einstellenden Lenkwinkels bei demselben, jedoch zusätzlich mit
300 kg beladenen Fahrzeug. Deutlich ist der langsamere Anstieg des
Lenkwinkels bei dem beladenen Fahrzeug zu erkennen, was durch die
höheren
Radlasten bedingt ist.
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Würde man
nun den Lenkregler für
den beladenen Zustand und/oder große Reibung anpassen, dann würde dies
bei einer kleineren Reibung zur Übersteuerung
sowie Ruckbewegungen am Lenkrad führen.
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Ein
für den
unladenen und/oder kleine Reibung angepasster Lenkregler wäre dagegen
für große Reibungen
zu langsam und könnte
damit unter Umständen
die Assistenzfunktion nicht mehr erfüllen.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung findet eine Auswertung der Lenkgeschwindigkeit
statt. Abhängig
davon werden die Lenkreglerparameter angepasst. Bei einer zu kleinen
Lenkgeschwindigkeit wird das Lenkmoment bzw. Zusatzmoment verstärkt, bis
die Lenksollgeschwindigkeit erreicht ist und die Lenkabweichung
für die
Funktion minimiert wird. Analog wird bei einer zu großen Lenkgeschwindigkeit das
Lenkmoment verringert.
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Damit
ist es möglich,
den angestrebten Lenkwinkel in der vorgegebenen Zeit einzustellen,
auch wenn die Reibung unbekannt ist. D.h. trotz unterschiedlicher
Fahrzeugbeladung oder Reibwertpaarung zwischen Reifen und Straßenbelag
kann immer die geforderte Lenkgeschwindigkeit und damit der Lenkwinkel
erreicht werden.
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Die
Erfindung soll am Beispiel eines semiautonomen Einparkassistenten
näher erläutert werden. Beim
semiautonomen Einparkassistenten wird das Fahrzeug mit Hilfe von
EPS automatisch gelenkt und semiautonom entlang einer Sollbahn in
eine Parklücke
eingeparkt. Der Fahrer muss jedoch das Fahrpedal und das Bremspedal
zur jeweiligen Einstellung der Fahrgeschwindigkeit betätigen. Damit
die Lenkung unabhängig
von der Reibung den Soll-Lenkwinkel rechtzeitig einstellen kann,
müssen
die Lenkreglerparameter angepasst werden. Dazu werden die optimalen
Reglerparameter für
die beiden Extremfälle „minimale
Reibung" und „maximale
Reibung" ermittelt.
Bei einer zu niedrigen Lenkgeschwindigkeit werden die Lenkparameter
so gewählt,
dass das Lenkmoment verstärkt
wird. Analog wird bei einer zu großen Lenkgeschwindigkeit das
Lenkmoment verringert.
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Ein
möglicher
Zusammenhang zwischen einem Reglerparameter und der Lenkgeschwindigkeit ist
in 2 dargestellt. Dabei ist in Abszissenrichtung die
Lenkgeschwindigkeit und in Ordinatenrichtung ein das Lenkmoment
beeinflussender Reglerparameter dargestellt. Eine kleiner werdende
Lenkgeschwindigkeit führt
dabei zu einem Anwachsen des Reglerparameters. Dabei bedeutet ein
Anwachsen des Reglerparameters zugleich ein Anwachsen des Lenkmoments,
eine Verringerung des Wertes des Reglerparameters führt zu einer
Verringerung des Lenkmoments.
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Der
Aufbau des Lenkreglers mit der integrierten Funktion zur automatischen
Anpassung der Lenkreglerparameter ist in 3 dargestellt.
In Block 300 wird dabei die Differenz zwischen dem Soll-Lenkwinkel δsoll und
dem von dem Lenkregler an den Rädern
eingestellten Ist-Lenkwinkel δist
gebildet. Die in Block 300 ermittelte Lenkwinkelabweichung
wird in dem Lenkregler 301 in ein Lenkmoment M umgerechnet.
Block 301 kann insbesondere als PID-Regler ausgebildet
sein. Dieses Lenkmoment wird zugleich als Eingangssignal einem Umrechnungsblock 302 zugeführt. Dieser
errechnet aus M sowie der in einem Filterelement gefilterten Lenkgeschwindigkeit
dδist einen
Reglerparameter. Bei der Lenkgeschwindigkeit dδist handelt es sich dabei um die Änderung
des Lenkwinkels pro Zeiteinheit. Der Reglerparameter R geht neben
dem in Block 301 ermittelten Lenkmoment M in Block 303 ein.
In diesem wird aus M und R ein korrigiertes Lenkmoment Mkorr ermittelt.
Das korrigierte Lenkmoment ist so bemessen, dass damit die Lenkgeschwindigkeit
einen vorgegebenen Wert annimmt.
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Mkorr
wird als Eingangsgröße der EPS-Lenkung 204 zugeführt, welche
damit einen Ist-Lenkwinkel δist am Fahrzeug 306 realisiert.
Sowohl der Ist-Lenkwinkel δist
als auch die Ist-Lenkgeschwindigkeit dδist werden als Rückkoppelgrößen zurückgeführt. Damit
wird sichergestellt, dass der Soll-Lenkwinkel δsoll mit einer vorgegebenen
Lenkgeschwindigkeit eingestellt wird. Die Ist-Lenkgeschwindigkeit dδist kann
dabei insbesondere über
ein Filter 305 zurückgeführt werden.
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Der
Ablauf des Verfahrens zur Einstellung eines Lenkwinkels bei einem
Kraftfahrzeug ist in 4 dargestellt. Nach dem Start
in Block 400 wird in Block 401 der durch eine
Lenkung einzustellende Soll-Lenkwinkel δsoll ermittelt. In Block 402 wird
zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels δsoll auf die Lenkung ein fahrerunabhängiges Lenkmoment
Mkorr aufgebracht. Dabei wird das fahrerunabhängige Lenkmoment Mkorr so gewählt, dass
die Lenkgeschwindigkeit dδist
einen vorgegebenen Sollwert dδsoll
annimmt.
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Der
Aufbau der Vorrichtung zur Einstellung eines Lenkwinkels bei einem
Kraftfahrzeug ist in 5 dargestellt.
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Dabei
kennzeichnet Block 500 Sensoren, anhand derer Ausgangssignale
in Block 501 ein Soll-Lenkwinkel δsoll ermittelt wird. Der Soll-Lenkwinkel
wird an Block 502 übermittelt,
welcher Ermittlungsmittel, in denen das fahrerunabhängige Lenkmoment Mkorr
so gewählt
wird, dass die Lenkgeschwindigkeit einen vorgegebenen Sollwert annimmt,
beinhaltet. Block 503 kennzeichnet Aktormittel (z.B. als
Elektromotor ausgebildet), mit denen zur Einstellung des Lenkwinkels
auf die Lenkmittel 504 ein fahrerunabhängiges Lenkmoment Mkorr aufgebracht
wird. Der an den Lenkmitteln eingestellte Ist-Lenkwinkel wird an
Block 502 zurück übermittelt, da
dieser dort auf den Soll-Lenkwinkel eingeregelt wird. Weiterhin
wird in Block 502 die Lenkgeschwindigkeit ermittelt.