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Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Lenkvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Realisierung eines Software-Endanschlags bei einer elektromechanischen Lenkvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
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Aus der gattungsbildenden
DE 102 44 067 A1 ist es bekannt, zur Realisierung eines Software-Endanschlags einen Servomotor derart anzusteuern, dass dieser im Bereich der maximalen Fahrzeugräderauslenkung ein Motordrehmoment erzeugt, dass sich aus dem angeforderten Unterstützungsdrehmoment abzüglich eines Federdrehmoments und eines Dämpfungsdrehmoments zusammensetzt. Über den größten Abschnitt des gesamten Lenkwinkelbereichs entspricht das Motordrehmoment im Wesentlichem dem angeforderten Unterstützungsdrehmoment. Wird ein vorgegebener Lenkwinkel überschritten, der dem tatsächlichen maximal möglichen Lenkwinkel vorgelagert ist, wird in Abhängigkeit der Größe des Lenkwinkels aus einer Federkennlinie ein Federdrehmoment ermittelt, das von dem angeforderten Unterstützungsdrehmoment subtrahiert wird. Ebenso wird bei Überschreiten eines vorgegeben Lenkwinkels aus einer Dämpfungskennlinie ein Dämpfungsdrehmoment ermittelt, welches ebenfalls von dem angeforderten Unterstützungsdrehmoment abgezogen wird. Die Summe aus Federdrehmoment und Dämpfungsdrehmoment ergibt ein Endanschlagsdrehmoment, dass dem angeforderten Unterstützungsdrehmoment entgegen wirkt. Beim bekannten Stand der Technik kann der Fall eintreten, dass die Summe aus ermitteltem Federdrehmoment und ermitteltem Dampfungsdrehmoment das vom Fahrer über seine Lenkbewegung angeforderte Unterstützungsdrehmoment vom Betrag her über einen längeren Zeitraum übersteigt, wodurch von dem Servomotor ein der Lenkbewegung des Fahrers entgegenwirkendes Motordrehmoment erzeugt wird, welches vom Fahrer nicht überwunden, d.h. durch Krafteinwirkung auf das Lenkmittel nicht überlenkt werden kann. Der Lenkbereich wird also durch das Motordrehmoment des Servomotors für den Fahrer unüberwindbar begrenzt. In der Praxis kann jedoch der Fall eintreten, dass von dem Lenkwinkelsensor ein falsches Lenkwinkelsignal an die Software-Steuerungs- und/oder Regelungseinheit gesendet wird. Die Software-Steuerungs- und/oder Regelungseinheit geht dann fälschlicherweise davon aus, dass der vorgegebene Lenkwinkel, ab dem das Unterstützungsdrehmoment reduziert werden soll, bereits erreicht oder überschritten ist und erzeugt folgerichtig, insbesondere bei schneller Lenkraddrehung, ein Motordrehmoment, dass vom Fahrer nicht überlenkt werden kann. Diese Fallkonstellation stellt eine erhöhte Sicherheitsanforderung an das Lenkwinkelsensorsignal dar, da der maximal einstellbare Lenkwinkel je nach übermitteltem Lenkwinkelsignal extrem begrenzt sein kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lenkvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Realisierung eines Software-Endanschlags anzugeben, bei dem eine Lenkbewegung des Lenkmittels durch den Fahrer trotz eines etwaigen falschen Lenkwinkelsignals möglich ist.
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Diese Aufgabe wird vorrichtungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und verfahrensgemäß mit den Merkmalen das Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Software-Steuerungs- und/oder Regelungseinheit derart auszubilden, dass das von dem angeforderten Unterstützungsdrehmoment subtrahierte Federdrehmoment einen maximalen Wert nicht überschreitet, welcher abhangig ist von der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit. Anders ausgedrückt, kann das maximale in die Berechnung des Motordrehmoments einfließende Federdrehmoment die Differenz aus einem bei momentaner Fahrzeuggeschwindigkeit maximalen Unterstützungsdrehmoment und einem vorgegeben Vorhaltedämpfungsmoment, von beispielsweise 2 Nm, nicht überschreiten. Hierdurch ändert sich das maximale von dem angeforderten Unterstützungsdrehmoment maximal subtrahierbare Federdrehmoment dynamisch in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit, bzw. in Abhängigkeit des bei der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit maximal zulässigen Unterstützungsdrehmoments. Dieses maximal zulässige Unterstützungsdrehmoment wird von der Software-Steuerungs- und/oder Regelungseinheit berechnet, bzw. anhand von vorgegebenen Unterstützungsdrehmomentkennlinien ermittelt. Da sich das Motordrehmoment des Servomotors im Wesentlichen berechnet aus dem angefordertem Unterstützungsdrehmoment abzuglich des Federdrehmoments, welches einen Maximalwert nicht überschreitet, und abzüglich des Dampfungsdrehmoment, kann durch die Erfindung Einfluss auf das maximal resultierende Motordrehmoment des Servomotors genommen werden, bevorzugt derart, dass der Software-Endanschlag, also das vom Servomotor erzeugte Motordrehmoment, vom Fahrer bis zum Erreichen eines mechanischen Anschlags überlenkt werden kann. Hierdurch besteht nicht die Gefahr eines vollständigen Blockierens der Lenkung bei einem falschen bzw. falschplausiblen Lenkwinkelsignal. Bei der geschilderten Betrachtungsweise wurden sonstige geringere Einflussgrößen auf das Motordrehmoment außer acht gelassen. Diese können selbstverständlich zusätzlich in die Berechnung des Motordrehmoments mit einfließen.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Maximalwert des in die Berechnung des Motordrehmoments einfließenden Dämpfungsdrehmoments von der Software-Steuerungs- und/oder Regelungseinheit auf das vorgegebene Vorhaltedämpfungsmoment begrenzt wird bzw. begrenzbar ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Summe aus Federdrehmoment und Dämpfungsdrehmoment das angeforderte Unterstützungsmoment vom Betrag her nicht überschreitet, also die Fahrzeugräder vom Servomotor nicht entgegen der gewollten Lenkrichtung bewegt werden können. Bevorzugt ergibt die Differenz aus Unterstützungsdrehmoment, begrenztem maximalem Federdrehmoment und vorgegebenen Vorhaltedämpfungsmoment, zumindest näherungsweise, null. Das maximale Dämpfungsdrehmoment wird von der Software-Steuerungs und/oder Regelungseinheit in Abhängigkeit der Servomotordrehzahl und/oder der Lenkgeschwindigkeit und insbesondere auch in Abhängigkeit des anliegenden Lenkwinkels, bevorzugt anhand einer Dämpfungskennlinie, ermittelt. Der aus der Dämpfungskennlinie ermittelte Wert wird hierzu mit der Servomotordrehzahl oder der aktuellen Lenkgeschwindigkeit multipliziert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Software-Steuerungs- und/oder Regelungseinheit, insbesondere mittels einer Dämpfungsdrehmoment-Begrenzereinheit, das maximale Dämpfungsdrehmoment erst nach Ablauf einer vorgegeben Zeitspanne begrenzt. Die Zeitspanne beträgt im Idealfall weniger als 500ms, vorzugsweise weniger als 100ms, insbesondere etwa 50ms. Die Zeitspanne kann mittels einer Zeitmesseinrichtung der Software-Steuerungs- und/oder Regelungseinheit gemessen werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, dass für eine minimale Zeitspanne ein Motordrehmoment erzeugt wird, das dem angeforderten Unterstützungsdrehmoment entgegengerichtet ist. Ohne ein derartiges kurzzeitiges Überschreiten des begrenzten maximalen Dämpfungsdrehmoments können die großen trägen Massen der Lenkvorrichtung vor Erreichen eines dem Software-Endanschlag nachgelagerten mechanischen Anschlags kaum ausreichend abgebremst werden. Mit dieser bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, eine sehr schnelle Lenkbewegung effektiv zu bremsen und damit einen heftiges Auftreffen auf den mechanischen Endanschlag, bevorzugt ein elastischer Puffer, zu vermeiden. Dadurch, dass die Zeitspanne sehr kurz gewählt ist, wird der Fahrer durch das der Lenkbewegung entgegenwirkende Motordrehmoment nicht verwirrt. Nach Ablauf der von dem Fahrer kaum wahrnehmbaren Zeitspanne kann der Fahrer bis zum Erreichen des mechanischen Endanschlags mit geringer oder keiner Unterstützung durch den Servomotor weiterlenken. Dabei ist die Lenkbewegung jedoch soweit abgebremst, dass der daraus resultierende Impuls und somit die mechanische Belastung beim Auftreffen auf den mechanischen Endanschlag vernachlässigbar ist. Die Begrenzung des maximalen Dämpfungsdrehmoments auf das vorgegebene Vorhaltedrehmoment kommt aufgrund der Abhängigkeit des Dämpfungsdrehmoments von der Lenkgeschwindigkeit nur bei schnellen Lenkbewegungen zum Tragen. Lenkt der Fahrer langsam in Richtung des Endanschlags, muss dass angeforderte Dämpfungsdrehmoment nicht begrenzt werden, wobei in diesem Fall die Richtung des Motordrehmoments der Lenkrichtung immer gleichgerichtet ist.
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Das maximale Unterstützungsdrehmoment bei momentaner Fahrzeuggeschwindigkeit, das angeforderte Unterstützungsdrehmoment, das Federdrehmoment und das Dämpfungsdrehmoment werden von der Software- Steuerungs- und/oder Regelungseinheit anhand von Kennlinien bzw. anhand vorgegebener Algorithmen bestimmt. Dabei ist die Größe des Unterstützungsdrehmoments einerseits abhängig von der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und bevorzugt andererseits auch von dem vom Fahrer aufgebrachten Lenkdrehmoment, welches über einen Drehmomentsensor ermittelbar ist.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen: Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Lenkung mit einer als Black-Box dargestellten Software-Steuerungs- und/oder Regelungseinheit,
- 2 ein Blockschaltbild der Software-Steuerungs- und/oder Regelungseinheit gemäß 1 und
- 3 den Verlauf des Motordrehmoments bei einer schnellen Lenkbewegung in Richtung Endanschlag.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist eine elektromechanische Lenkung 1 mit einem als Lenkrad ausgebildeten Lenkmittel 2 dargestellt. Das Lenkmittel 2 ist über eine Lenkstange 3 mit einem Lenkgetriebe 4 verbunden, welches die rotatorische Bewegung des Lenkmittels 2 in eine translatorische Bewegung umwandelt, welche über ein Gestänge 5 an vordere Fahrzeugräder 6 zur Verstellung des Fahrzeugradeinschlags übertragen wird. Auf das Lenkgetriebe 4 wirkt zusätzlich zur Unterstützung der Lenkbewegung des Fahrers ein Servomotor 7 ein. Dieser wird von einer Software-Steuerungs- und/oder Regelungseinheit, im folgenden SSRE 8, in Abhängigkeit verschiedener Eingangsgrößen 9, die mittels nicht dargestellten Sensoren gemessen werden, angesteuert bzw. geregelt. Der Servomotor 7 kann alternativ beispielsweise auch auf ein Überlagerungsgetriebe in der Lenksäule unterstützend eingreifen.
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In 2 ist die SSRE 8 schematisch als Blockschaltbild dargestellt. Die SSRE 8 umfasst eine kombinierte Federdrehmoment- und Dämpfungsdrehmomentbestimmungseinheit, im folgenden FDE 10. Mittels dieser kann anhand von einer vorgegeben Federdrehmomentkennlinie 11 bei Überschreiten eines vorgegeben Lenkwinkels, beispielsweise 535°, ein Federdrehmoment 14 in Abhängigkeit des der FDE 10 zugeführten Lenkwinkelsignals 13 bestimmt werden. Das von der FDE 10 ermittelte Federdrehmoment 14 wird einer Federdrehmoment-Begrenzereinheit 15 zugeführt. Weiterhin wird der Federdrehmoment-Begrenzereinheit 15 ein maximal zulässiges Federdrehmoment 16 zugeführt. Die Federdrehmoment-Begrenzereinheit 15 begrenzt das Federdrehmoment 14 auf das maximale Federdrehmoment 16, für den Fall, dass das von der FDE 10 ermittelte Federdrehmoment 14 das maximale Federdrehmoment 16 überschreitet.
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Das maximale Federdrehmoment 16 wird von einem Differenzbilder 34 ermittelt. Dieser bildet die Differenz aus einem maximalen Unterstützungsdrehmoment 17 und einem voreingestellten, konstanten Vorhaltedämpfungsdrehmoment 18. Das maximale Unterstützungsdrehmoment 17 wird von einer Unterstützungsdrehmomentbestimmungseinheit, im folgenden UDE 19, anhand von Kennlinien 20 bestimmt. Jede Kennlinie 20 (0, 1, 2, 3, 4) ist einer Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordnet. Dabei entspricht die Kennlinie 0 dem Unterstützungsdrehmomentverhalten bei einer geringen Fahrzeuggeschwindigkeit und die Kennlinie 4 dem Unterstützungsdrehmomentverhalten bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit, jeweils aufgetragen über dem vom Fahrer aufgebrachten Lenkdrehmoment. Das angeforderte Unterstützungsdrehmoment nimmt mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Der Maximalwert jeder Kennlinie entspricht dem jeweiligen maximalen Unterstützungsdrehmoment. In Abhängigkeit der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit 21 und des mittels eines Drehmomentsensors gemessenen, vom i Fahrer aufgebrachten Lenkmoments 22 bestimmt die UDE 19 das maximale Unterstützungsdrehmoment 17.
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Mittels der FDE 10 wird auch ein Dämpfungsdrehmoment bei überschreiten eines vorgegeben Lenkwinkels, beispielsweise 530°, anhand einer Dämpfungsdrehmomentkennlinie 12 in Abhängigkeit des Lenkwinkelsignals 13 ermittelt. Der aus der Kennlinie 12 ermittelte Wert 23 wird in einem Multiplikator 35 mit der Servomotordrehzahl 24 bzw. Lenkgeschwindigkeit multipliziert und es wird das Dämpfungsdrehmoment 25 erhalten. Das Dämpfungsdrehmoment 25 wird einem Dämpfungsdrehmomentbegrenzer 26 zusammen mit dem Vorhaltedämpfungsdrehmoment 18 zugeführt. Der Dämpfungsdrehmomentbegrenzer 26 begrenzt das Dämpfungsdrehmoment 25 bei Überschreiten des Vorhaltedämpfungsdrehmoment 18 auf das Vorhaltedämpfungsdrehmoment 18. Die Begrenzung wird jedoch erst nach Ablauf einer vorgegeben, mittels einer Zeitmesseinrichtung 27 gemessenen Zeitspanne, von beispielsweise 100ms, durchgeführt, so dass kurzfristig die Summe 28 aus Federdrehmoment und Dämpfungsdrehmoment das angeforderte Unterstützungsdrehmoment überschreiten können. Die Summe 28 wird von einem Summenbilder 29 ermittelt. Die Summe 28, also das Endanschlagsdrehmoment, wird einem Motordrehmomentberechner 30 zugeführt. Dieser ermittelt das Motordrehmoment 32 im Wesentlichen durch Differenzbildung aus dem angeforderten Unterstützungsdrehmoment 31 und der Summe 28. Weiterhin werden zusätzliche Motordrehmomenteinflussgrößen 33, beispielsweise ein Gierdrehmoment, berücksichtigt. Das Motordrehmoment 32 wird dann von dem Servomotor 7 erzeugt. Mit der erfindungsgemäßen SSRE 8 wird erreicht, dass die Summe 28 aus Federdrehmoment 16 und Dämpfungsdrehmoment 25 das angeforderte Unterstützungsdrehmoment 31 nur kurzfristig zur Abbremsung einer schnellen Lenkbewegung überschreiten können. Der Fahrer kann somit den Software-Endanschlag quasi jederzeit bis zum Erreichen eines mechanischen Endanschlags überlenken, wodurch kein Sicherheitsrisiko bei einem falschplausiblen Lenkwinkelsignal 13 besteht.
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In 3 ist beispielhaft der Verlauf des Motordrehmoments des Servomotors 7 bei einer schnellen Lenkbewegung dargestellt. Dabei ist auf der Abszisse der Lenkwinkel und auf der Ordinate das Motordrehmoment aufgetragen. über einen großen Lenkwinkelbereich ist das Motordrehmoment nahezu konstant und entspricht im Wesentlichem dem angeforderten Unterstützungsdrehmoment. Ab einem gewissen Lenkwinkel steigt das Unterstützungsdrehmoment und damit das Motordrehmoment an, da die benötigte Servounterstützung bei größer werdendem Lenkwinkel aufgrund der auftretenden Kräfte ebenfalls größer wird. Ab Überschreiten eines vorgegebenen Lenkwinkels, hier beispielsweise 535°, werden zur Realisierung eines Software-Endanschlags von dem angeforderten Unterstützungsdrehmoment ein Federdrehmoment und ein Dämpfungsdrehmoment subtrahiert. Für eine kurze Zeitspanne von etwa 100ms erfolgt die Subtraktion von maximal einem auf einen Maximalwert (Differenz aus maximalem Unterstützungsdrehmoment bei momentaner Fahrzeuggeschwindigkeit) begrenzten Federdrehmoment und einem nicht begrenzten Dämpfungsdrehmoment. In dieser Zeitspanne geht der Verlauf des Motordrehmoments in den negativen Bereich. Nach Ablauf der minimalen Zeitspanne wird das maximale Dämpfungsdrehmoment auf den vorgegeben Vorhaltedämpfungswert begrenzt, so dass der Fahrer bis zum mechanischen Endanschlag weiterlenken kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektromechanische Lenkung
- 2
- Lenkmittel
- 3
- Lenkstange
- 4
- Lenkgetriebe
- 5
- Gestänge
- 6
- Fahrzeugräder
- 7
- Servomotor
- 8
- Software-Steuerungs- und/oder Regelungseinheit (SFRE)
- 9
- Eingangsgrößen
- 10
- Federdrehmoment- und Dämpfungsdrehmoment-Bestimmungseinheit (FDE)
- 11
- Federkennlinie
- 12
- Dämpfungskennlinie
- 13
- Lenkwinkelsignal
- 14
- Federdrehmoment
- 15
- Federdrehmomentbegrenzereinheit
- 16
- maximales Federdrehmoment
- 17
- maximales Unterstützungsdrehmoment
- 18
- Vorhaltedämpfungsdrehmoment
- 19
- Unterstützungsdrehmomentbestimmungseinheit
- 20
- Kennlinien
- 21
- momentane Fahrzeuggeschwindigkeit
- 22
- Lenkmittel
- 23
- Wert
- 24
- Servomotordrehzahl
- 25
- Dämpfungsdrehmoment
- 26
- Dämpfungsdrehmomentbegrenzer
- 27
- Zeitmesseinrichtung
- 28
- Summe
- 29
- Summenbilder
- 30
- Motordrehzahlberechner
- 31
- angefordertes Unterstützungsdrehmoment
- 32
- Motordrehmoment
- 33
- sonstige Motordrehmomenteinflussgrößen
- 34
- Differenzbilder
- 35
- Multiplikator
