DE102005054277A1

DE102005054277A1 - Fahrzeuglenkung und Verfahren zur Regelung einer Fahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE102005054277A1
Application number: DE102005054277A
Authority: DE
Inventors: Steffen Linkenbach; Jürgen Dr. Böhm
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2006-06-08

Abstract

Die Erfindung schlägt insbesondere eine Fahrzeuglenkung für Kraftfahrzeuge vor mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe, die mit lenkbaren Fahrzeugrädern wirkungsmäßig verbunden ist, um eine Fahrtrichtung vorzugeben. Die Fahrzeuglenkung umfasst einen hydraulischen Arbeitszylinder, der zwei Wirkrichtungen aufweist, und eine hydraulische Druckquelle, die eine Ventilbaugruppe mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt. Die Ventilbaugruppe steuert die Höhe des an den Arbeitszylinder weitergeleiteten hydraulischen Drucks und legt die Wirkrichtung des Arbeitszylinders fest. Erfindungsgemäß weist die Ventilbaugruppe ein Schieberventil auf, das von einem Aktuator betätigt wird und dem ein Drucksensor und ein Wegsensor zugeordnet sind, deren Signalausgänge mit einem Druckregler bzw. einem Wegregler signalmäßig verbunden sind. Die Ausgangsgröße des Druckreglers und des Wegreglers sind einer Auswerteschaltung zuführbar, welche die Ausgangsgrößen zur Bestimmung einer Aktuatorregelgröße mit Gewichtungsfaktoren verknüpft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeuglenkung und ein Verfahren zur Regelung einer Fahrzeuglenkung.

Heutige Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, sind in der Regel mit hydraulischen oder elektrohydraulischen Servolenkungen ausgestattet, bei denen ein Lenkrad mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt ist. Die Servo-Unterstützung der Fahrzeuglenkung weist in der Regel im Mittelbereich des Lenkmechanismus einen oder mehrere Aktuatoren auf, beispielsweise Hydraulikzylinder. Durch eine von den Aktuatoren erzeugte Kraft wird die Betätigung des Lenkmechanismus in Reaktion auf die Drehung des Lenkrades durch den Fahrer unterstützt. Dadurch wird der Kraftaufwand des Fahrers beim Lenkvorgang verringert.

Eine bekannte Art von solchen hydraulischen Fahrzeuglenkungen sind hydraulische Servolenkungen nach dem Open-Center-Prinzip, bei der in der Geradeausstellung des Lenkrades im Wesentlichen keine Druckdifferenz zwischen den durch einen Kolben getrennten Zylinderkammern eines hydraulischen Arbeitszylinders vorliegt. Bei solchen Lenkungen wird eine Lenkbewegung des Fahrers hinsichtlich des Lenkwinkels und des Lenkmomentes ausgewertet. Hiervon abhängig wird mit einem elektromotorisch oder elektromagnetisch angetriebenen Schieberventil ein entsprechender Unterstützungsdruck eingestellt und einer Zylinderkammer des Hydraulikzylinders zugeführt, um die gewünschte Lenkunterstützung zu erzeugen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fahrzeuglenkung der genannten Art zu schaffen, die eine verbesserte Dosierbarkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1 gelöst. Insbesondere schlägt die Erfindung eine Fahrzeuglenkung für Kraftfahrzeuge mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe vor, die mit lenkbaren Fahrzeugräder wirkungsmäßig verbunden ist, um eine Fahrtrichtung vorzugeben. Die Fahrzeuglenkung umfasst einen hydraulischen Arbeitszylinder, der zwei Wirkrichtungen aufweist, und eine hydraulische Druckquelle, die eine Ventilbaugruppe mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt. Die Ventilbaugruppe steuert die Höhe des an den Arbeitszylinder weitergeleiteten hydraulischen Drucks und legt die Wirkrichtung des Arbeitszylinders fest. Erfindungsgemäß weist die Ventilbaugruppe ein Schieberventil auf, das von einem Aktuator betätigt wird und dem ein Drucksensor und ein Wegsensor zugeordnet sind, deren Signalausgänge mit einem Druckregler bzw. einem Wegregler signalmäßig verbunden sind. Die Ausgangsgröße des Druckreglers und des Wegreglers sind einer Auswerteschaltung zuführbar, welche die Ausgangsgrößen zur Bestimmung einer Aktuatorregelgröße mit Gewichtungsfaktoren verknüpft.

Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Aktuator ein elektromagnetischer oder ein elektromotorischer Aktuator.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung einer Fahrzeuglenkung vorzuschlagen, mit dem eine bessere Dosierbarkeit der Fahrzeuglenkung erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Regelung nach Anspruch 3 gelöst. Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Regelung einer hydraulischen Fahrzeuglenkung, bei der während einer Lenkbewegung der Unterstützungsdruck mit einem elektromotorisch oder elektromagnetisch angetriebenen Ventil eingestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Erfassen der momentanen Drücke in Zylinderkammern eines Arbeitszylinders;
– Erfassen der Position eines Stellelementes zur Einstellung des Unterstützungsdruckes;
– Ermitteln einer Stellgröße für das Stellelement auf Grundlage des festgestellten Druckes sowie eines Sollunterstützungsdrucks;
– Ermitteln einer Stellgröße für das Stellelement auf Grundlage der festgestellten Position des Stellelementes sowie eines Sollwertes für die Position des Stellelementes;
– Bestimmen von Gewichtungsfaktoren für die Stellgrößen als Funktion des Sollunterstützungsdruckes, und
– Berechnen einer gemeinsamen Stellgröße aus den gewichteten Stellgrößen.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei niedrigen Unterstützungsdrücken die Gewichtungsfaktoren so eingestellt, dass die Stellgröße, die auf Grundlage der festgestellten Position des Stellelementes ermittelt wurde, die gemeinsame Stellgröße dominiert.

Bei einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei Unterstützungsdrücken die Gewichtungsfaktoren so eingestellt, dass die Stellgröße, die auf Grundlage des Sollunterstützungsdruckes ermittelt wurde, die gemeinsame Stellgröße dominiert.

Vorteilhafterweise können die Gewichtungsfaktoren in dem Intervall zwischen 0 und 1 liegen. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Summe der Gewichtungsfaktoren gleich 1 sein.

Mit Vorteil kann aus Fahrerbefehlen ein Sollmoment für die hydraulische Fahrzeuglenkung berechnet werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Ausgangssignale von Fahrerassistenzsystemen den Fahrerbefehlen überlagert. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass die Ausgangssignale von Fahrerassistenzsystemen den Fahrerbefehlen additiv überlagert werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Ausgangssignale von Fahrerassistenzsystemen den Fahrerbefehlen mit einem Gewichtungsfaktor überlagert werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in den unterschiedlichen Figuren der Zeichnung mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1: Eine Prinzipdarstellung des Gesamtsystems einer erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung;
2: ein Ausschnitt der Fahrzeuglenkung aus 1;
3: ein schematisches Funktionsdiagramm der Fahrzeuglenkung aus 1;
4: die statische Kennlinie eines Schieberventils zur Steuerung des Arbeitsdruckes;
5: ein schematisches Schaubild zur Veranschaulichung der Aktuatorregelung;
6: ein schematisches Funktionsdiagramm der Fahrzeuglenkung mit übergeordneten Lenkungseingriffen;
7: ein schematisches Funktionsdiagramm der Fahrzeuglenkung mit Berücksichtigung externer Stelleingriffe; und
8: ein weiteres Funktionsdiagramm der Fahrzeuglenkung mit Berücksichtigung übergeordneter Lenkungseingriffe und externer Stelleingriffe.
In 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung gezeigt. In 1 sind neben dem schematischen apparativen Aufbau der Fahrzeuglenkung auch die Sensorinformationen dargestellt, die erforderlich sind, um die Funktionen der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung zu realisieren.
Das in 1 dargestellte Lenksystem besteht aus einem Lenkrad 1 und einer mit dem Lenkrad 1 verbundenen Lenksäule 2, die zwei Kreuzgelenke 3, 4 umfasst. Die Lenksäule 2 ist mit einer Lenkradwelle 5 verbunden oder bildet ein Teil der Lenkradwelle 5. Die Lenkradwelle 5 treibt ein Lenkradgetriebe 6 an, welches die Drehbewegung der Lenkradwelle 5 in eine translatorische Bewegung einer Lenkstange 7 umwandelt. Die Lenkstange 7 ist in
1 als Zahnstange 7 ausgebildet, welche die an der Lenkstange angeordneten Spurstangen 8, 9 betätigt. Die Betätigung der Spurstangen 8, 9 bewirkt ein Verschwenken von Rädern 10, 11, um die Fahrtrichtung des Fahrzeuges zu steuern. Bei der hier gezeigten Zahnstangenlenkung wird eine hydraulische Unterstützung mittels einer von dem Antriebsmotor des Fahrzeugs angetriebenen hydraulischen Pumpe 12 realisiert. Die Pumpe 12 wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Riemenantrieb 13 angetrieben. Selbstverständlich sind aber für die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung auch alle anderen geeigneten Antriebsmittel denkbar, die im Stand der Technik bekannt sind. Die hydraulische Pumpe 12 erzeugt in einer Hydraulikflüssigkeit Druck, die über eine Leitung 14 einem Richtungsventil 15 zugeführt wird. Über eine Rücklaufleitung 16 kann die Druckflüssigkeit in einen Vorratsbehälter 17 zurückströmen. Das Richtungsventil 15 ist über zwei Hydraulikleitungen 18a, 18b mit einem Hydraulikzylinder 19 verbunden. Der Hydraulikzylinder 19 wird von einem Kolben 20 in zwei Zylinderkammern 21, 22 aufgeteilt. Der Kolben 20 sitzt fest auf der Lenkstange 7, so dass der Kolben 20 unmittelbar auf die Lenkstange 7 Kraft ausüben kann, wenn eine der beiden Zylinderkammern 21, 22 mit einem Überdruck beaufschlagt wird.
Zwischen dem zweiten Kreuzgelenk 4 und dem Lenkgetriebe 6 sind ein Torsionsstab 23, ein Momentensensor 24 und ein Winkelsensor 25 angeordnet. Der Winkelsensor 25 misst den von einem Fahrer mit dem Lenkrad 1 vorgegebenen Drehwinkel und gibt ein diesen Drehwinkel repräsentierendes Ausgangssignal δ_DRV ab. Das Ausgangssignal δ_DRV wird an eine Steuereinheit (ECU) 28 zur Ansteuerung des Richtungsventils 15 übertragen.
Bei dem Winkelsensor 25 handelt es sich beispielsweise um den Winkelsensor der in Systemen zur Fahrdynamikregelung, wie bei spielsweise einem ESP-System (ESP:Elektronisches Stabilitätsprogramm), eingesetzt wird, um die Lenkvorgabe des Fahrers zu ermitteln, die bei derartigen System üblicherweise zur Bestimmung eines Sollverhaltens des Fahrzeugs herangezogen wird. Das Ausgangssignal δ_DRV wird dabei vorzugsweise über eine Datenbus innerhalb des Fahrzeugs, vorzugsweise über den üblicherweise in Kraftfahrzeugen eingesetzten CAN-Bus (CAN: Controller Area Network) an die Steuereinheit 28 übertragen.
Der Momentensensor 24 misst das von dem Fahrer ausgeübte Drehmoment und gibt ein das Drehmoment repräsentierendes Ausgangssignal M_DRV an die Steuereinheit 28 ab.
Von der Steuereinheit 28 führt eine Steuerleitung 29 zu dem Richtungsventil 15, um die Richtung der Lenkunterstützung festzulegen, das heißt welche der beiden Zylinderkammern 21, 22 mit dem Druckmittel beaufschlagt wird. Die Position des Schiebers in dem Richtungsventil 15 wird mit einem Wegaufnehmer 31 gemessen, dessen Ausgangssignal x_Akt zu der Steuereinheit 28 zurückgeführt wird, um einen Regelkreis zu schließen. Darüber hinaus legt ein in 1 nicht dargestelltes Schieberventil 43 (2) die Höhe des Arbeitsdruckes fest, das heißt wie groß die Lenkunterstützung ist.
Eine zweite Steuerleitung 32 verbindet die Steuereinheit 28 mit einem Sicherheitsventil 33. Bei einem Systemausfall stellt das Sicherheitsventil 33 einen hydraulischen Kurzschluss zwischen den beiden Zylinderkammern 21, 22 des Arbeitszylinders 19 her. Dadurch ist gewährleistet, dass das Fahrzeug wegen der mechanischen Kopplung zwischen dem Lenkrad 1 und der Lenkstange 7 lenkbar bleibt. Der hydraulische Kurzschluss zwischen den Zylinderkammern 21, 22 stellt sicher, dass der Kolben 20 und damit die Lenkstange verschiebbar ist.
Das Sicherheitsventil 33 ist so ausgebildet, dass es mit einer mechanischen Feder 34 in die in 1 dargestellte Kurzschlussstellung vorgespannt ist. Ein Elektromagnet 35 arbeitet gegen den Federdruck und verschließt das Sicherheitsventil 33, wenn ein entsprechender Strom durch die Wicklung des Elektromagneten fließt. Wenn die Steuereinheit 28 den Strom abschaltet oder wenn der Strom ausfällt, dann stellt sich das Sicherheitsventil 33 automatisch wieder in die Kurzschlussstellung zurück, womit die Lenkbarkeit des Fahrzeuges garantiert ist.
Die Baugruppe, welche die Höhe und die Richtung des Arbeitsdruckes regelt, einschließlich des Sicherheitsventils 33, wird kurz auch als Ventilbaugruppe 30 bezeichnet und ist in 1 mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet.
Mit den Zylinderkammern 21, 22 steht jeweils ein Drucksensor 41a, 41b strömungsmäßig in Verbindung, um den jeweiligen Druck in den Zylinderkammern zu messen, der im Folgenden als Aktuatordruck bezeichnet wird. Der jeweilige Druck in der linken bzw. rechten Zylinderkammer wird mit p_AK,LI bzw. p_AK,RE in 1 bezeichnet. Die Ausgangssignale der Drucksensoren 41a, 41b p_AK,LI und p_AK,RE werden über Signalleitungen 42a, 42b der Steuereinheit 28 als Eingangssignale zugeführt. Als weiteres Eingangssignal empfängt die Steuereinheit 28 die Fahrzeuggeschwindigkeit v_Kfz, weil das Verhalten der Fahrzeuglenkung u.a. auch von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt. Schließlich empfängt die Steuerelektronik 28 auch ein die Batteriespannung repräsentierendes Signal U_bat, um gegebenenfalls eine Störungsmeldung auslösen zu können, wenn die Batteriespannung U_bat unter einen bestimmten Schwellenwert absinkt und die einwandfreie Funktion der Fahrzeuglenkung nicht mehr gewährleistet ist. Eine Störungsmeldung bewirkt, dass das Sicherheitsventil 33 abgeschaltet und zwischen den Zylinderkammern 21, 22 ein hydraulischer Kurzschluss hergestellt wird, der die hydraulische Lenkunterstützung außer Funktion setzt.
In 2 ist die Ventilbaugruppe 30 nochmals in größerer Einzelheit dargestellt. Insbesondere ist in 2 das Schieberventil 43 gezeigt, das von einem Elektromagneten 44 betätigt wird. Das Ventil 43 funktioniert als Druckregelventil und regelt den Unterstützungsdruck, mit dem der Arbeitszylinder 19 beaufschlagt wird. Die Position des Schiebers des Druckregelventils 43 bzw. die Position des Elektromagneten wird mit einem Wegsensor 45 gemessen.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform arbeitet der Elektromagnet 44 gegen eine mechanische Feder. Bei einer anderen Ausführungsform können aber auch zwei Elektromagnete und zwei Federn vorgesehen sein, die an einander gegenüber liegenden Seiten des Verschiebeweges angeordnet sind. Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann das Schiebeventil 43 über ein entsprechendes Getriebe elektromotorisch angetrieben sein. Die Art und Weise wie das Schiebeventil angetrieben wird, ist für die vorliegende Erfindung unerheblich. Im folgenden wird deshalb einheitlich auf einen Aktuator Bezug genommen, dessen Position eindeutig mit der Position des Schiebers des Ventils zusammenhängt. Die Position des Schiebers des Ventils 43 legt ihrerseits eindeutig die Höhe des Unterstützungsdrucks fest.
Die Funktionen der insoweit beschriebenen Fahrzeuglenkung werden nun anhand der 3 bis 8 näher erläutert.
Die Funktion der in 1 gezeigten Steuereinheit 28 ist in 3 in Hauptfunktionsblöcke untergliedert. Zu diesen Hauptfunktionsblöcken gehört eine Servolenkfunktion 46, ein Aktuatorregler 47 und ein Funktionsmodul 48 zur Berechnung des Unterstützungsdruckes. In dem Funktionsmodul "Servolenkfunktion" 46 wird in Abhängigkeit des Fahrerhandmomentes M_DRV, des Lenkradwinkels δ_DRV, der Lenkradwinkelgeschwindigkeit dδ_DRV/dt und der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Kfz das Unterstützungsmoment für den Fahrer ermittelt und in einer Ausführungsform der Erfindung als Sollwert M_Servo,CMD, für das Unterstützungslenkmoment an den unterlagerten Aktuatorregler 47 übergeben.
In nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung kann gleichfalls ein dem Sollwert M_Servo,CMD entsprechender Sollunterstützungsdruck p_Servo,CMD von dem Funktionsmodul 46 an den Aktuatorregler 47 übergeben werden. Das Sollunterstützungsmoment M_Servor,CMD und der Sollunterstützungsdruck sind dabei proportional zueinander.
Das Unterstützungsmoment M_Servo,CMD wird in dem Funktionsmodul 46 auf Grundlage aus im wesentlichen bekannten Teilfunktionen wie Parameterlenkung, aktive Lenkungsrückstellung, Mittenzentrierung usw. berechnet, die im Stand der Technik bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Mit einem weiteren Eingangssignal SEL ist es darüber hinaus möglich, unterschiedliche Charakteristiken und Funktionen in dem Funktionsmodul 46 auszuwählen. Auf diese Weise kann dem Fahrer eine Auswahl von unterschiedlichen Lenkverhaltensweisen angeboten werden.
Das Funktionsmodul 48 "Druckberechnung" berechnet aus den Ausgangssignalen p_AK,RE und p_Ak,LI von den Drucksensoren 41a, 41b (1) den momentan herrschenden Unterstützungsdruck p_Servo. Der berechnete Unterstützungsdruck p_Servo wird an die Funktionsmodule 46 und 47 übergeben. Darüber hinaus empfängt der Aktua torregler 47 ein Positionssignal x_Akt, welches die Position des Schiebers des Druckregelventils 43 bzw. des Aktuators angibt. Aus den Eingangsgrößen M_Servo,CMD, p_Servo und x_Akt berechnet der Aktuatorregler 47 ein Ausgangssignal I_AKT, welches die Größe und Richtung eines elektrischen Stromes zur Betätigung des Aktuators repräsentiert. Dieses Signal liegt zunächst als digitales Signal vor und wird in bekannter Weise in ein analoges Ansteuersignal umgewandelt und verstärkt, um einen elektromagnetischen oder elektromotorischen Aktuator anzutreiben. Der Aktuator verstellt die Position des Schiebers in dem Druckregelventil und regelt so den Druck der hydraulischen Servounterstützung, um die gewünschte Lenkunterstützung zu erzielen.
Die Erfindung berücksichtigt bei der Aktuatorregelung die Charakteristik des Schieberventils, das zur Druckregelung verwendet wird, bei dem im Bereich kleiner Drücke relativ große Stellwege des Schiebers nur zu kleinen Druckänderungen führen. Im Gegensatz dazu führen im Bereich hoher Drücke relativ kleine Stellwege des Schiebers zu großen Druckänderungen. Dieses Verhalten wird mit der in 4 dargestellten Kennlinie veranschaulicht. Auf der Abszisse ist der Stellweg des Schiebers x_Akt aufgetragen und auf der Ordinate die dadurch erzielte Druckänderung P_Ak. In dieser Darstellung wird deutlich, dass das Schieberventil im Bereich kleiner Drücke ein weiches Verhalten zeigt, das mit zunehmenden Drücken immer steifer wird.
In 5 ist die Aktuatorregelung 47 aus 3 in größerer Einzelheit dargestellt. Bei der Aktuatorregelung 47 handelt es sich um eine parallel angeordnete Kombination eines Druckreglers 51 mit einem Wegregler 52. In einem Umrechnungsfunktionsblock 53 wird das von dem Funktionsmodul 46 berechnete Servomoment M_Servo,CMD in einen Servosolldruck p_Servo,CMD umgerechnet, von dem in einer Differenzstufe 54 der von dem Funktionsmodul 48 berechnete momentane Servodruck p_Servo abgezogen wird.
Bei Ausführungsformen der Erfindung, bei denen von dem Funktionsmodul 46 bereits der Sollunterstützungsdruck p_Servo,CMD bereitgestellt wird, entfällt der Umrechnungsfunktionsblock 53.
Das Differenzsignal δp bildet das Eingangssignal für den Druckregler 51, der daraus ein erstes Aktuatorstellsignal v_Akt,CMD,p bestimmt. Aus dem von dem Umrechnungsfunktionsblock 53 bestimmten Servosolldruck p_Servo,CMD wird in einer Auswertestufe 56 mit Hilfe eines Modells für die inverse Ventilcharakteristik des Druckregelventiles eine Sollposition x_Akt,CMD bestimmt. Die dieser Berechnung zugrunde liegende Ventilcharakteristik ist in 4 dargestellt. Von der Sollposition des Aktuators x_Akt,CMD wird in einer Differenzstufe 47 die von dem Wegsensor 45 gemessene Istposition x_Akt abgezogen. Das Differenzsignal δx bildet das Eingangssignal für den Wegregler 52. Aus dem Eingangssignal δx bestimmt der Wegregler 52 ein zweites Stellsignal v_Akt,CMD,x für den Aktuator. In dieser Anordnung sind zu jedem Zeitpunkt beide Regler 51, 52 aktiv und erzeugen Stellsignale.
In Abhängigkeit des gewünschten Sollunterstützungsdruckes p_Servo,CMD bestimmt eine Selektionseinheit 58 einen Gewichtungsfaktor S1, mit dem das Ausgangssignal des Druckreglers 51 in einer Multiplikationsstufe 59 gewichtet wird. Aus dem ersten Gewichtungsfaktor S1 wird in einer Berechnungsstufe 61 ein zweiter Gewichtungsfaktor S2 nach der Gleichung S2 = 1–S1 bestimmt. Das Ausgangssignal v_Akt,CMD,x des Wegreglers 52 wird in einer Multiplikationsstufe 62 mit dem zweiten Gewichtungsfaktor S2 multipliziert. In einer Additionsstufe 63 werden die beiden gewichteten Regelstellsignale des Druckreglers 51 und des Wegreglers 52 miteinander addiert, um ein gemeinsames Regelstellsignal v_Akt,CMD zu erhalten. Das gemeinsame Regelstellsignal v_Akt,CMD entspricht einer Betätigungsgeschwindigkeit des Aktuators. Eine Differenzierstufe 64 berechnet aus den zyklisch gemessenen Positionssignalen x_Akt des Aktuators die momentane Aktuatorgeschwindigkeit dx_Akt/dt. Von den gemeinsamen Regelstellsignalen v_Akt,CMD wird die momentane Aktuatorgeschwindigkeit in einer Differenzstufe 66 subtrahiert, um ein Differenzsignal δv zu erhalten. Aus dem Differenzsignal δv erzeugt ein Geschwindigkeitsregler 67 ein Ausgangssignal I_Akt, welches einen elektrischen Strom zur Betätigung des Aktuators repräsentiert.
In dem Bereich kleiner Drücke ist aus Gründen der Druckdosierbarkeit und der verbesserten Dynamik im Wesentlichen oder sogar ausschließlich der Wegregler im Eingriff (S1 = 0 bzw. S1 sehr klein), der zudem eine definierte Positionierung des Ventilschiebers für Drücke nahe 0 bar erlaubt. Die Struktur dieses Reglers ist bevorzugt ein Regler mit proportional wirkendem Verhalten (P-Regler), wobei in einer bevorzugten Ausführungsform der Verstärkungsfaktor an die Ventilkennlinie angepasst werden kann. Im Bereich hoher Drücke hingegen liegt ein sehr steifes Systemverhalten vor, so dass kleine Wegänderungen zu großen Druckänderungen führen. Hier ist der Druckregler besser geeignet und befindet sich daher im Eingriff (S1 = 1 bzw. nahe bei 1, allerdings kleiner 1). Die Gründe sind wiederum die gute Dosierbarkeit im Bereich der hohen Drücke, die optimale Nutzung der verfügbaren Druckaufbaudynamik und eine verbesserte stationäre Genauigkeit bei der Einregelung des Unterstützungsdruckes. Als Regler für den Druckregler wird bevorzugt ein Regler mit proportionalem und differenzierendem Verhalten (PD-Regler) eingesetzt, wobei der proportionale An teil ebenfalls an die Ventilcharakteristik angepasst werden kann.
Wie aus der in 5 dargestellten Kennlinie der Parametereinheit 58 ersichtlich ist, gibt es einen Übergangsbereich, in dem beide Regler mit näherungsweise gleichen Gewichten in Eingriff sind. In diesem Bereich haben die Gewichtsfaktoren S1 und S2 ungefähr einen Wert von 0,5. Die mit dem Gewichtungsfaktor multiplizierten Geschwindigkeitssollwerte v_Akt,CMD,P v_Akt,CMD,x beider Regler werden zu einem resultierenden Geschwindigkeitssollwert für die unterlagerten Geschwindigkeitsregler 67 addiert, der ein proportionales und integrierendes Verhalten zeigt (PI-Regler). Die Ausgangsgröße des Reglers 67 ist ein Sollwert für den einzustellenden elektrischen Strom, der den Aktuator versorgt.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann ein in 5 nicht dargestelltes Funktionsmodul zur Überwachung und Begrenzung des Ventilschieberweges vorgesehen werden, damit eine Bewegung in dessen mechanischen Anschlag vermieden wird.
In den 6 bis 8 sind schematische Funktionsdiagramme dargestellt, die veranschaulichen, wie Stelleingriffe eines übergeordneten Fahrassistenzsystems in der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung berücksichtigt und eingestellt werden können.
6 zeigt ein Funktionsdiagramm, bei dem Stelleingriffe wie zum Beispiel ein Lenkmoment oder ein Lenkwinkel von einem hier nicht dargestellten übergeordneten Regelsystem vorgegeben werden. Dieses Regelsystem kann beispielsweise ein Spurführungssystem, ein Einparkassistenzsystem oder ein Fahrstabilitätssystem (zum Beispiel ESP mit Lenkmomentenstelleingriff) sein. In der Darstellung nach 6 werden diese Lenkeingriffe bzw. die daraus resultierenden Momente als Fahrervorgaben interpretiert und zusammen mit dem Fahrerhandmoment der Servolenkfunktion in Form eines modifizierten Fahrermomentes übergeben. Der Einfachheit halber wird hier davon ausgegangen, dass nur ein einziges Fahrerassistenzsystem vorhanden ist.
Das in 6 dargestellte Steuerungssystem für die Fahrzeuglenkung umfasst im wesentlichen die bereits beschriebene Steuerungseinheit 28 und ein Verknüpfungsmodul 71, das zwei universelle Schnittstellen für Fahrerassistenzsysteme bereitstellt, die in die Fahrzeuglenkung eingreifen: Eine Lenkwinkelschnittstelle 72 und eine Lenkmomentenschnittstelle 73. An der Lenkwinkelschnittstelle 72 empfängt die Verknüpfungseinheit 71 einen von dem Fahrassistenzsystem vorgegebenen Lenkwinkel δ_DRV,CMD ein maximal zulässiges Lenkmoment M_Max und ein Warnsignal W, dessen Funktion weiter unten noch erläutert wird.
An der Lenkmomentenschnittstelle 73 empfängt die Verknüpfungseinheit 71 eine Lenkmomentanforderung des Fahrerassistenzsystems M_DSR sowie eine Steuervariable S, welche die Werte 0 oder 1 annehmen kann und mit der die Momentenanforderung des Fahrerassistenzsystems M_DSR gewichtet wird. Die Steuervariable S wird auch an eine Bearbeitungsstufe 74 weitergeleitet, wo das von dem Fahrer angeforderte Lenkmoment mit einem Faktor 1-S multipliziert wird. Durch diese Steuervariable S kann somit eingestellt werden, ob die Momentenanforderung des Fahrerassistenzsystems M_DSR dem vom Fahrer angeforderten Moment M_DRV additiv überlagert wird (S = 0) oder anstelle dieses Signals verwendet werden soll (S = 1). Die Verknüpfungseinheit 71 ermittelt aus allen Eingangssignalen ein resultierendes Gesamtassistenzlenkmoment M_ASS, das in einer Additionsstufe 76 mit dem von dem Fahrer angeforderten Moment M_DRV zu einem Gesamtmoment M_DRV,Mod addiert wird.
Das Gesamtmoment M_DRV,Mod tritt somit an die Stelle des reinen Fahrermomentes M_DRV. Das Warnsignal W hat die Funktion Schwingungen in dem Lenkrad zu erzeugen, wenn das Fahrerassistenzsystem in die Fahrzeuglenkung eingreift, um zum Beispiel eine kritische Fahrsituation zu beenden. Die Schwingungen des Lenkrads haben den Sinn, den Fahrer auf den Eingriff des Fahrerassistenzsystems aufmerksam zu machen, beispielsweise um mittels dieser Warnschwingungen vor dem sich anbahnenden Verlassen der Fahrspur zu warnen.
7 zeigt in einer detaillierten Darstellung das Verknüpfungsmodul 71 zur Bearbeitung der Sollwertanforderungen des Fahrerassistenzsystems. Aus 7 wird deutlich, dass das Verknüpfungsmodul 71 im wesentlichen aus einem Schwingungsgenerator 77 und einer Lenkwinkelregelung 78 sowie zwei Additionsstufen 79, 81 aufgebaut ist. Der Schwingungsgenerator 77 erzeugt ein oszillierendes Lenkmoment M_WRN, das an dem Lenkrad 1 (1) spürbar ist, wenn ein Warnsignal W vorliegt. Die Lenkwinkelregelung erzeugt ein Lenkmoment M_LKS,EPA entsprechend der Lenkwinkeleingangsgrößen. Die beiden Lenkmomente M_WRN und M_LKS,EPA werden in der Additionsstufe 79 addiert und schließlich in der Additionsstufe 81 mit dem von dem Fahrerassistenzsystem vorgegebenen Lenkmoment M_DSR zusammengeführt, um schließlich das Gesamtassistenzlenkmoment M_ASS der Verknüpfungsstufe 71 zu bilden. Das Gesamtassistenzlenkmoment M_ASS wird, wie bereits im Zusammenhang mit 6 beschrieben worden ist, mit dem Fahrerlenkmoment M_DRV unter Berücksichtigung der Steuervariablen S in der Additionsstufe 76 addiert. Das Ausgangssignal der Additionsstufe 76 ist das modifizierte Fahrerlenkmoment M_DRV,Mod, das in der mit Bezug auf 6 beschriebenen Art und Weise in dem Funktionsmodul 46 weiterverarbeitet wird.
8 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung mit einem höheren Integrationsgrad. Die Funktionen, die bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 dem Verknüpfungsmodul 71 zugeordnet sind, sind vorliegend in ein abgewandeltes Funktionsmodul 46' integriert worden.

Claims

Fahrzeuglenkung für Kraftfahrzeuge mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe (1), die mit lenkbaren Fahrzeugrädern (10, 11) wirkungsmäßig verbunden ist, um eine Fahrtrichtung vorzugeben, mit einem hydraulischen Arbeitszylinder (19), der zwei Wirkrichtungen aufweist, mit einer hydraulischen Druckquelle (12), die eine Ventilbaugruppe (30) mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt, wobei die Ventilbaugruppe (30) die Höhe des an den Arbeitszylinder (19) weitergeleiteten hydraulischen Drucks steuert und die Wirkrichtung des Arbeitszylinders festlegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbaugruppe (30) ein Schieberventil (43) aufweist, das von einem Aktuator (44) betätigt wird und dem ein Drucksensor (41a, 41b) und ein Wegsensor (45) zugeordnet sind, deren Signalausgänge mit einem Druckregler (51) bzw. einem Wegregler (52) signalmäßig verbunden sind, dass die Ausgangsgröße des Druckreglers und des Wegreglers einer Auswerteschaltung (59, 62) zuführbar sind, welche die Ausgangsgrößen zur Bestimmung einer Aktuatorregelgröße mit Gewichtungsfaktoren verknüpft.
Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (44) ein elektromagnetischer oder ein elektromotorischer Aktuator ist.
Verfahren zur Regelung einer hydraulischen Fahrzeuglenkung, bei der während einer Lenkbewegung der Unterstützungsdruck mit einem elektromotorisch oder elektromagnetisch angetriebenen Ventil (43) eingestellt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Erfassen der momentanen Drücke (P_AK,Re; P_AK,LI) in Zylinderkammern (21; 22) eines Arbeitszylinders (19); – Erfassen der Position (X_Akt) eines Stellelementes (43) zur Einstellung des Unterstützungsdruckes (P_Servo); – Ermitteln einer Stellgröße (V_Akt,CMD,X) für das Stellelement (43) auf Grundlage des festgestellten Arbeitsdruckes (P_Servo) sowie eines Sollunterstützungsdruckes (P_Servo,CMD) – Ermitteln einer Stellgröße (V_Akt,CMD,X) für das Stellelement auf Grundlage der festgestellten Position (X_Akt) des Stellelementes sowie eines Sollwertes (X_Akt,CMD) für die Position des Stellelementes (43); – Bestimmen von Gewichtungsfaktoren (S1, S2) für die Stellgrößen (V_Akt,CMD,p; V_Akt,CMD,x) als Funktion des Sollunterstützungsdruckes (P_Servo,CMD), und – Berechnen einer gemeinsamen Stellgröße (V_Akt,CMD) aus den gewichteten Stellgrößen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei niedrigen Sollunterstützungsdrücken (P_Servo,CMD) die Gewichtungsfaktoren so eingestellt werden, dass die Stellgröße (V_Akt,CMD,x), die auf Grundlage der festgestellten Position (X_Akt) des Stellelementes (43) ermittelt wurde, die gemeinsame Stellgröße (V_Akt,CMD) dominiert.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei hohen Sollunterstützungsdrücken (P_Servo,CMD) die Gewichtungsfaktoren so eingestellt werden, dass die Stellgröße (V_Akt,CMD,p), die auf Grundlage des Sollunterstützungsdruckes (P_Servo,CMD) ermittelt wurde, die gemeinsame Stellgröße dominiert.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfaktoren (S1, S2) in dem Intervall zwischen 0 und 1 liegen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Gewichtungsfaktoren (S1, S2) gleich 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus Fahrerbefehlen (δ_DRV, M_DRV, dδ_DRV/dt) ein Sollmoment (M_Servo,CMD) für die hydraulische Fahrzeuglenkung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgangssignale von Fahrerassistenzsystemen (δ_DRV,CMD; M_DSR, W) den Fahrerbefehlen überlagert werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale von Fahrerassistenzsystemen den Fahrerbefehlen additiv überlagert werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale von Fahrerassistenzsystemen den Fahrerbefehlen mit einem Gewichtungsfaktor (S) überlagert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrerbefehle und die Ausgangssignale von Fahrerassistenzsystemen einem Funktionsmodul (46; 46') übergeben werden, in dem das Sollmoment (M_Servo,CMD) für die hydraulische Fahrzeuglenkung in Abhängigkeit von den Fahrerbefehlen und den Ausgangssignalen der Fahrerassistenzsysteme ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Ausgangssignalen von Fahrerassistenzsystemen (δ_DRV,CMD, W) ein Lenkmoment bestimmt wird und/oder das von Fahrerassistenzsystemen ein Lenkmoment (M_DSR) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Ausgangssignalen von Fahrerassistenzsystemen bestimmten Lenkmomente und/oder die von Fahrerassistenzsystemen bereitgestellten Lenkmomente additiv zu einem Gesamtassistenzlenkmoment (M_ASS) überlagert werden, welches für Bestimmung des Sollmomentes (M_Servo,CMD) für die hydraulische Fahrzeuglenkung herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtassistenzlenkmoment dem Funktionsblock (46) zur Ermittlung des Sollmomentes (M_Servo,CMD) für die hydraulische Fahrzeuglenkung übergeben wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtassistenzlenkmoment (M_ASS) additiv mit einem Fahrerlenkmoment (M_DRV) zu einem modifizierten Fahrerlenkmoment (M_DRV,Mod) überlagert wird, welches dem Funktionsblock (46) zur Ermittlung des Sollmomentes (M_Servo,CMD) für die hydraulische Fahrzeuglenkung übergeben wird und welches für die Bestimmung des Sollmomentes (M_Servo,CMD) für die hydraulische Fahrzeuglenkung herangezogen wird.