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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der mechanischen
Energie in einem elektrischen Lenksystem, das in einem Fahrzeug
angeordnet ist und das ein Lenkrad, einen Motor, ein Lenkgetriebe,
einen Lenkwinkelsensor, einen Geschwindigkeitssensor und eine Lenksystemsteuerung
umfasst. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des
Verfahrens.
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In
einem Kraftfahrzeug kann ein elektrisches Lenksystem dazu beitragen,
den Komfort für
einen Fahrer des Kraftfahrzeugs beim Lenken zu erhöhen, beispielsweise
durch eine Dämpfung
und/oder durch Erleichtern der Lenkbewegung des Fahrers beim Lenken,
beispielsweise beim Einlenken und/oder beim Rücklauf des Lenkrads. Das elektrische
Lenksystem erfasst dazu zunächst
die Lenkbewegung des Fahrers. Das elektrische Lenksystem kann dann abhängig von
der erfassten Lenkbewegung des Fahrers das Lenken unterstützen. Bei
einem vollautomatischen elektrischen Lenksystem kann abhängig von der
erfassten Lenkbewegung des Fahrers das Lenken ausschließlich von
dem elektrischen Lenksystem vorgenommen werden. Das Lenkrad dient
dann lediglich als Sensor für
die Lenkbewegung.
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Aus
der
DE 10053021A1 ist
ein Verfahren zur Steuerung von elektrisch betätigten Lenkhilfen bekannt.
Bei dem Verfahren wird ein Basisstrom ermittelt auf der Grundlage
von durch einen Lenkdrehmomentsensor und einen Fahrzuggeschwindigkeitssensor
erfassten Daten. Ferner wird ein Rückstrom ermittelt aus einer
Verstärkung
der Ausgangssignale des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors und eines Motorwinkelgeschwindigkeitssensors.
Ferner umfasst das Verfahren einen Antrieb eines Motors unter Nutzung
eines Hilfsstroms. Der Hilfsstrom bildet die Summe aus einem Basisstrom
und einem Rückstrom.
Wenn ein Lenkrad zurückläuft werden
eine Verstärkung
K2 und eine Verstärkung
K2', die aus den
Ausgangssignalen des Motorwinkelgeschwindigkeitssensors unter Benutzung
einer Kennlinie gewonnen werden, auf- oder abgeregelt, wenn der
Motor eine niedrige oder eine hohe Drehzahl aufweist. Dadurch wird
der Antrieb des Motors gleichmäßig gesteuert.
Der Rückstrom
wird somit gleichmäßig gesteuert.
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Aus
der
DE 100 57 674
A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Lenkwinkels eines
Kraftfahrzeugs sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt.
Bei der Einrichtung und dem Verfahren ist eine einfache und genaue
Erfassung der Absolutposition einer Lenksäule möglich. Es wird der durch einen
Lenkradeinschlag verursachten Verschiebeweg einer Zahnstange eines
Lenkgetriebes detektiert, aus welchem der Lenkwinkel unter Berücksichtigung
eines vorgegebenen Übersetzungsverhältnisses
zwischen Lenkradwinkel und Zahnstangenweg bestimmt wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Durchführen
des Verfahrens zu schaffen, das beziehungsweise die ein präzises und
komfortables Lenken eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen
Lenksystem ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der mechanischen
Energie in einem elektrischen Lenksystem. Das elektrische Lenksystem
ist in einem Fahrzeug angeordnet und umfasst ein Lenkrad, einen
Motor, ein Lenkgetriebe, einen Lenkwinkelsensor, einen Geschwindigkeitssensor
und eine Lenksystemsteuerung. Bei dem Verfahren wird ein Lenkwinkel
des Lenkrads und eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst. Abhängig von
dem erfassten Lenkwinkel und der erfassten Geschwindig keit wird eine
in dem Lenksystem gespeicherte mechanische Energie ermittelt. Abhängig von
einer Motordrehzahl des Motors wird eine Rotationsenergie des Lenksystems
ermittelt. Ferner wird abhängig
von der gespeicherten mechanischen Energie und der Rotationsenergie
die mechanische Energie ermittelt.
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Die
Kenntnis der mechanischen Energie in dem Lenksystem ermöglicht ein
präzises
Steuern des elektrischen Lenksystems und ermöglicht somit ein präzises und
komfortables Lenken des Fahrzeugs. Dabei wird die ermittelte mechanische
Energie zum Einstellen der Dämpfung
der Lenkung, zum Einstellen der Rückstellung des Lenkrads und
zur Fehlerüberwachung
des Lenksystems verwendet. Ferner kann die ermittelte mechanische
Energie als Eingangsgröße für unterschiedliche
Systemprogramme in dem Fahrzeug dienen, beispielsweise einem elektrischen
Stabilitätsprogramm,
einem Powermanagement und/oder zur Systemstabilisierung. Die mechanische
Energie kann die gesamte mechanische Energie in dem Lenksystem sein
oder auch nur ein Teil der gesamten mechanischen Energie.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird abhängig von
dem erfassten Lenkwinkel eine Lenkgeschwindigkeit ermittelt und
abhängig
von der Lenkgeschwindigkeit und einem Getriebefaktor des Motors
die Motordrehzahl des Motors ermittelt. Das Ermitteln der Motordrehzahl
abhängig
von dem erfassten Lenkwinkel ermöglicht,
auf einen Sensor zu verzichten der die Motordrehzahl des Motors
erfasst. Dies ermöglicht,
Kosten zu vermeiden, die durch einen zusätzlichen Sensor entstehen würden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
des elektrischen Lenksystems,
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2 eine
zweite Ausführungsform
des elektrischen Lenksystems,
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3 ein
Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln der mechanischen Energie
in dem elektrischen Lenksystem,
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4 eine zweite Ausführungsform des Programms.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit dem gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein
elektrisches Lenksystem (1) umfasst ein Lenkrad 2,
das über
eine Lenksäule 4 mit
einem Lenkgetriebe 6 gekoppelt ist und einen Motor 10,
der über
eine Welle 8 mit dem Lenkgetriebe 6 gekoppelt
ist. Das elektrische Lenksystem ist in einem Fahrzeug, vorzugsweise
einem Kraftfahrzeug angeordnet. Das Fahrzeug umfasst Räder 11 und
ein Lenkgestänge 9,
das mit dem Lenkgetriebe 6 gekoppelt ist und durch das
das vom Fahrer und/oder vom Motor 10 aufgebrachte Lenkmoment
so auf Räder 11 übertragen
wird, dass diese entsprechend einlenken.
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Bei
dem dargestellten elektrischen Lenksystem handelt es sich um ein
elektrisches Lenksystem das unterstützend in das Lenken eines Fahrers
des Fahrzeugs eingreift. Das heißt, dass das von dem Fahrer
aufgebrachte Lenkmoment zunächst
mit einem Lenkmomentsensor 15 erfasst wird. Von der Lenksystemsteuerung 16 wird
eine Lenkunterstützung
ermittelt abhängig
von dem aufgebrachten Lenkmoment des Fahrers. Abhängig von
der ermittelten Lenkunterstützung
wird der Motor 10 so von der Motorsteuerung 18 angesteuert,
dass durch den Motor 10 über die Welle 8 und
das Lenkgetriebe 6 ein Unterstützungsmoment in die Lenksäule 4 eingekoppelt
wird, das so das Lenken des Fahrers unterstützt. Alternativ kann das elektrische
Lenksystem auch vollautomatisch ausgebildet sein. Das heißt, dass
abhän gig
von dem erfassten Lenkmoment des Fahrers das Fahrzeug ausschließlich aufgrund
des vom Motor 10 aufgebrachten Motormoments gelenkt wird. Das
Lenkrad 2 dient dann lediglich als Sensor für die Lenkbewegung.
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Der
Lenksystemsteuerung 16 sind verschiedene Sensoren zugeordnet,
die verschiedene Messgrößen erfassen.
Es ist ein Lenkmomentsensor 15 vorgesehen, der das vom
Fahrer aufgebrachte Lenkmoment erfasst. Ein Lenkwinkelsensor 12 ist
angeordnet, um den Lenkwinkel PHI des Lenkrads 2 zu erfassen.
Ferner sind der Lenksystemsteuerung 16 ein Geschwindigkeitssensor 13 und
ein Motorpositionssensor 17 zugeordnet, die zum Erfassen
der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs bzw. zum Ermitteln der Motorposition
dienen. Die Lenksystemsteuerung 16 ermittelt abhängig von
mindestens einer der Messgrößen eine
Stellgröße, von
der abhängig
dann eine Motorsteuerung 18 den Motor 10 steuert.
Die Lenksystemsteuerung 16 umfasst die Motorsteuerung 18.
Die Motorsteuerung 18 kann aber auch als separates Bauteil
ausgebildet sein. Die Lenksystemsteuerung 16 umfasst ferner
einen Energiebeobachter 14. Der Energiebeobachter 14 kann
aber auch als separates Bauteil ausgebildet sein. Der Energiebeobachter 14 kann
auch als Vorrichtung zum Durchführen
eines Verfahrens zum Ermitteln einer mechanischen Energie EGY_TOT
in dem elektrischen Lenksystem bezeichnet werden. Je nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren
vorhanden sein oder es können
auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
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In
dem Energiebeobachter 14 ist ein Programm zum Ermitteln
der Energie EGY_TOT in dem elektrischen Lenksystem gespeichert (2).
In dem Energiebeobachter 14 ist auch eine potenzielle Energiekonstante
C gespeichert. Die potenzielle Energiekonstante C kann alternativ
auch von dem Energiebeobachter 14 anhand einer gespeicherten
ersten Kennlinie oder mittels einer geeigneten ersten Rechenvorschrift
abhängig
von der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs ermittelt werden. Darüber hinaus
ist in dem Energiebeobachter 14 eine Rotationsenergie konstante
D gespeichert, die einen Teil des Trägheitsmoments oder das gesamte
Trägheitsmoment des
elektrischen Lenksystems umfasst. Die Rotationsenergiekonstante
D kann alternativ auch von dem Energiebeobachter 14 anhand
einer gespeicherten zweiten Kennlinie oder mittels einer geeigneten
zweiten Rechenvorschrift ermittelt werden.
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Die
erste und die zweite Kennlinie, sowie gegebenenfalls ein Kennfeld
und/oder die erste und/oder zweite Rechenvorschrift, werden bevorzugt auf
einem Prüfstand
ermittelt. Die ermittelten Kennlinien bzw. das ermittelte Kennfeld
werden dann vorzugsweise auf einem Speicherchip der Lenksystemsteuerung 16 bzw.
des Energiebeobachters 14 gespeichert.
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Das
Programm wird in einem Schritt S1 vorzugsweise zeitnah einem Start
einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs gestartet.
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In
einem Schritt S2 wird der Lenkwinkel PHI erfasst.
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In
einem Schritt S3 wird die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs erfasst.
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In
einem Schritt S4 wird abhängig
von der Geschwindigkeit V und dem erfassten Lenkwinkel PHI die in
dem Lenksystem gespeicherte mechanische Energie EGY_POT ermittelt.
Vorzugsweise mittels der in dem Schritt S4 angegebenen Berechnungsvorschrift.
Die gespeicherte mechanische Energie EGY_POT kann auch anhand eines
in der Auswertevorrichtung 14 gespeicherten Kennfeldes
abhängig
von der Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem erfassten Lenkwinkel PHI
ermittelt werden.
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In
einem Schritt S5 wird abhängig
von der Motordrehzahl N die Rotationsenergie EGY_ROT in dem elektrischen
Lenksystem berechnet. Vorzugsweise nach der in dem Schritt S5 angegebenen
Berechnungsvorschrift. Die Motordrehzahl N kann abhängig von
einem Signal des Motorpositionssensors 17 ermittelt werden.
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In
einem Schritt S6 wird die mechanische Energie EGY_TOT abhängig von
der gespeicherten mechanischen Energie EGY_POT und der Rotationsenergie
EGY_ROT berechnet. Vorzugsweise nach der in dem Schritt S6 angegebenen
Berechnungsvorschrift.
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In
einem Schritt S7 wird das Programm beendet, wobei die mechanische
Energie EGY_TOT in dem Energiebeobachter 14 bzw. in der
Lenksystemsteuerung 16 gespeichert wird.
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Die
Lenksystemsteuerung 16 steuert abhängig von der mechanischen Energie
EGY_TOT den Motor 10. Beispielsweise beim Rücklauf des
Lenkrads 2 nach dem Einschlagen wird bei einer hohen mechanischen
Energie EGY_TOT die Bewegung des Lenkrads 2 weniger unterstützt, als
bei einer geringen mechanischen Energie EGY_TOT. Dadurch wird verhindert,
dass das Lenkrad 2 beim Rücklauf über die Position hinaus lenkt,
die einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entspricht. Dies trägt zu einem
präzisen
und komfortablen Lenken des Fahrzeugs bei. Die mechanische Energie
EGY_TOT kann auch zur aktiven Dämpfung
des Lenksystems und/oder zur Fehlerdiagnose verwendet werden. Beispielsweise
kann die mechanische Energie EGY_TOT zum Plausibilisieren von Strömen und
Spannungen im Lenksystem dienen. Ferner kann die mechanische Energie EGY_TOT
als Eingangsgröße für ein elektronisches Stabilitäts-Programm,
für ein
Power-Management zur Überwachung
und/oder Steuerung des Energiehaushaltes im Bordnetz und/oder zur
Systemstabilisierung dienen.
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Alternativ
kann das Programm (4) nach dem Schritt
S4 auch in einem Schritt S8 weitergeführt werden. In dem Schritt
S8 wird abhängig
von dem Lenkwinkel PHI die Lenkgeschwindigkeit OMEGA ausgerechnet.
Die Lenkgeschwindigkeit OMEGA ergibt sich aus der ersten Ableitung
des Lenkwinkels PHI nach der Zeit.
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In
einem Schritt S9 wird dann abhängig
von der Lenkgeschwindigkeit OMEGA die Drehzahl N des Motors ermittelt.
Vorzugs weise nach der in dem Schritt S9 dargestellten Berechnungsvorschrift.
Der Getriebefaktor I ist der Proportionalitätsfaktor, durch den die Motordrehzahl
N mit der Lenkgeschwindigkeit OMEGA verknüpft ist.
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Die
unterschiedlichen Ausführungsbeispiele können beliebig
miteinander kombiniert werden, solange eine einwandfreie Funktion
des Energiebeobachters 14 beziehungsweise des Programms
zum Ermitteln der mechanischen Energie EGY_TOT in dem elektrischen
Lenksystem gewährleistet
ist. So können
beispielsweise die Schritte S2 und S3 vertauscht werden. Ferner
kann der Schritt S5 auch vor dem Schritt S2 ausgeführt werden.
Darüber
hinaus kann in dem Schritt S4 immer wahlweise eine Konstante zur
Berechnung herangezogen werden oder ein Kennfeld. Das gleiche gilt
für die
Rotationsenergiekonstante D, die zur genaueren Berechnung anhand
eines gespeicherten Kennfelds errechnet werden kann. Ebenso ist
es möglich
die mechanische Energie EGY_TOT aus einem Kennfeld zu ermitteln, das
implizit die Konstanten C und D umfasst und welches als Eingangsgrößen den
Lenkwinkel PHI und die Fahrzeuggeschwindigkeit V beziehungsweise den
Lenkwinkel PHI, die Fahrzeuggeschwindigkeit V und die Motordrehzahl
N hat.
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- 2
- Lenkrad
- 4
- Lenksäule
- 6
- Lenkgetriebe
- 8
- Welle
- 9
- Lenkgestänge
- 10
- Motor
- 11
- Räder
- 12
- Lenkwinkelsensor
- 13
- Geschwindigkeitssensor
- 14
- Energiebeobachter
- 15
- Lenkmomentsensor
- 16
- Lenksystemsteuerung
- 17
- Motorpositionssensor
- 18
- Motorsteuerung
- V
- Geschwindigkeit
Fahrzeug
- C
- Potentielle
Energiekonstante
- N
- Motordrehzahl
- D
- Rotations-Energiekonstante
- PHI
- Lenkwinkel
- EGY_ROT
- Rotationsenergie
- EGY_POT
- Gespeicherte
mechanische Energie
- EGY_TOT
- mechanische
Energie
- S1
- Erster
Schritt
- S2
- Zweiter
Schritt
- S3
- Dritter
Schritt
- S4
- Vierter
Schritt
- S5
- Fünfter Schritt
- S6
- Sechster
Schritt
- S7
- Siebter
Schritt
- S8
- Achter
Schritt
- S9
- Neunter
Schritt