DE102006031061A1

DE102006031061A1 - Verfahren zum Erzeugen eines Steuergefühls in "steer-by-wire"-Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102006031061A1
Application number: DE200610031061
Authority: DE
Inventors: Jitendra Shah; Lodewijk Wijffels; Otto Hofmann; Kristof Polmans
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2008-01-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Steuergefühls beim Betätigen einer Lenkung eines mit einer "steer-by-wire"-Steuerung (90) ausgestatteten Kraftfahrzeugs, bei dem ein Sollwert (70) zur Ansteuerung eines Rückmeldeaktuators (80) für ein Lenkungsinterface zum Bereitstellen von Rückmeldekräften der Lenkung an den Fahrer festgelegt wird, indem der Sollwert (70) berechnet wird. Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfacheres Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Rückkopplung in Form von Rückmeldekräften an den Fahrer möglich ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Fahrzeugbewegungszustand bestimmt wird, anschließend lenkungsunabhängige Daten (42 bis 47, 52 bis 54) ermittelt werden und aus der Kombination des Bewegungszustands und den lenkungsunabhängigen Daten der Sollwert (70) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Steuergefühls beim Betätigen einer Lenkung eines mit einer „steer-by-wire" – Steuerung ausgestatteten Kraftfahrzeugs, bei dem ein Sollwert zur Ansteuerung eines Rückmeldeaktuators für ein Lenkungsinterface zum Bereitstellen von Rückmeldekräften der Lenkung an den Fahrer festgelegt wird, indem der Sollwert berechnet wird.
Bekannt ist bei konventionellen Steuersystemen für Kraftfahrzeuge, daß der Fahrer beim Fahren und beim Steuern ein Fahrgefühl durch eine Momentenrückkoppelung in Form von Rückmeldekräften erhält, die ihm Informationen u. A. über Fahrzustand und Straßenbelag etc. geben, und er sein Lenkverhalten an das Fahrgefühl anpassen kann. Die Rückmeldekräfte werden durch die mechanische Verbindung des Lenkrads mit den Rädern und durch die Servolenkung (siehe 1, oberer Teil) übertragen. Eine derartige Rückkoppelung entfällt bei Fahrzeugen, die mit einem so genanntem „steer-by-wire" – System als Lenkung ausgestattet sind. Dabei handelt es sich um Fahrzeuge, bei denen das Lenken über Aktuatoren erfolgt, die mit der Lenkung verbunden sind und durch Befehle vom Fahrer elektrisch/elektronisch angesteuert werden und das Lenken durchführen. Durch diese mechanische Entkoppelung entfällt die Rückkoppelung, die der Fahrer normalerweise erhält. Dieses ist problematisch, da die Lenkung für gewöhnlich eine der Hauptschnittstellen zwischen Fahrer und Fahrzeug ist, über die der Fahrer Informationen für das Zusammenspiel von Aktion und Reaktion erhält.
Aus diesem Grund ist ein zweiter Aktuator vorgesehen, der zum Erzeugen eines Steuergefühls als Rückkopplung für den Fahrer dient, wobei dieser zweite Aktuator das Steuermoment erzeugt, das bei einer mechanischen Lenkung am Lenkrad herrschen würde. Schwierig ist es, eine Ansteuerung für den zweiten Aktuator bereitzustellen, durch die in Abhängigkeit von dem Ist-Zustand an der Lenkung eine adäquate Rückkopplung ermöglicht wird.
Bekannt ist, den zweiten Aktuator über einen Sollwert anzusteuern. Dieser Sollwert wird aus einer Modellierung einer vergleichbaren mechanischen Lenkung mit Servolenkung gewonnen. Dieser Ansatz ist aufwendig, da erst ein Modell einer mechanischen Lenkung gebildet werden muß, für das sowohl sehr gute Kenntnisse der physikalischen Aspekte des Lenkungssystems als auch von der Fahrzeugdynamik selbst vorhanden sein muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der Eingangs genannten art bereitzustellen bzw. zu verbessern, mit dem eine Rückkopplung in Form von Rückmeldekräften an den Fahrer möglich ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Fahrzeugbewegungszustand bestimmt wird, anschließend lenkungsunabhängige Daten ermittelt werden und aus der Kombination des Bewegungszustands und den lenkungsunabhängigen Daten ein Sollwert ermittelt wird.
Auf diese Weise wird ein Verfahren bereitgestellt, daß anhand von einfach zu ermittelnden Parametern ein Gefühl in der jeweiligen Fahrsituation für den Fahrer bereitstellt.
Zweckmäßig im Sinn der Erfindung ist, daß es sich bei dem Fahrzeugbewegungszustand um Rollen oder Stehen handelt. Eine Unterscheidung zwischen diesen zwei Fahrzuständen ist vorteilhaft, da die beiden Fahrsituationen von den Rückmeldekräften in der Lenkung unterschiedlich sind und die die Rückmeldung beeinflussenden Faktoren unterschiedlich bis gegensätzlich sind.
Günstiger Weise ist vorgesehen, daß aus der Kombination des Bewegungszustands mit den lenkungsunabhängigen Daten ein Lenkmomententscheidungswert gebildet wird. Das Bilden oder auch Auswählen eines Entscheidungswertes ermöglicht es empirisch ermittelte Daten ohne aufwendige Funktionserstellung einfach in das System einzubinden und gleichzeitig ein Nivellierung der Beeinflussungsfaktoren durchzuführen.
Des Weiteren sieht die Erfindung vorteilhafterweise vor, daß die lenkungsunabhängigen Daten für den rollenden Fahrzeugzustand Dämpfung, Lenkungsverharrung (Hysterese), Lenkreibung, Straßengefühl, und/oder Momentaufbau sind, wobei besonders bevorzugt das Ergebnis der Verknüpfung der lenkungsunabhängigen Daten für den rollenden Fahrzeugzustand ein Straßengrenzreibwert und/oder ein Reifenhaftwert ist. Bevorzugt wird dieser Wert verstärkt. Auch sieht die Erfindung vorteilhafterweise vor, dass die lenkungsunabhängigen Daten für den stehenden Fahrzeugzustand Dämpfung, Haftreibung und/oder Lenkmoment ist, wobei besonders bevorzugt das Ergebnis der Verknüpfung der lenkungsunabhängigen Daten für den stehenden Fahrzeugzustand eine Reibkoeffizientenabschätzung ist. Bevorzugt wird dieser Wert verstärkt. Die genanten Werte lassen sich auf einfache Weise entweder direkt oder indirekt aus Meßwerten von Sensoren bestimmen und ermöglichen eine Weiterverarbeitung ohne aufwendig in Direktabbildmodellierungen einsteigen zu müssen. Durch das Verstärken wird ein einfacheres Weiterverarbeiten erreicht. Die Reibwerte beeinflussen das Fahrgefühl direkt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, daß die lenkungsunabhängigen Daten und/oder der Fahrzeugbewegungszustand als einfachster Ermittlungsweg mit Sensoren bestimmt werden. Weiterhin ist vorteilhaft, daß aus dem gebildeten Wert ein Lenkmomententscheidungswert gebildet wird, aus dem der Sollwert für den Rückmeldeaktuator berechnet wird.
Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
1 ein schematisches Ablaufdiagramm des Standes der Technik und des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den unterschiedlichen Figuren ist Gleiches stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ansteuerung einer „steer-by-wire" – Steuerung 90. Dabei ist das Bezugszeichen 10 eine konventionelle mechanische Steuerung, bei der ein Lenkrad 12 in Form eines Bedienbereichs eines Fahrers mechanisch über eine Lenkstange 16 mit einer Lenkung 14 verbunden ist. Die auf die Räder (nicht dargestellt) einwirkenden Kräfte und Momente werden über die Lenkstange 16 an das Lenkrad 12 weitergegeben.
Für die „steer-by-wire" – Steuerung 90 werden 2 Modelle 20, 25 angewendet, die ausgehend von bestimmten Parametern für die Bestimmung eines Sollwerts 70 für einen Rückmeldeaktuator 80 verwendet werden. Bei dem Modell 20 handelt es sich um das zuvor beschriebene Modell des Standes der Technik, bei dem eine konventionelle mechanische Lenkung modelliert wird.
Das Bezugszeichen bzw. Modell 25 stellt ein erfindungsgemäßes Modell dar, das nachfolgend bei einer Modelldurchführung 30 angewendet wird. Die Modelldurchführung 30 erfolgt wie nachfolgend in 2 beschrieben.
Für die Modelldurchführung 30 werden Daten 42 bis 46 oder 52 bis 54 je nach Abhängigkeit vom Bewegungszustand des Fahrzeugs als Ausgangsdaten in das Modell eingelesen werden. Als Ergebnis der Modelldurchführung 30 ergibt sich der Sollwert 70, der an einen Aktuator 80, bspw. ein Elektromotor, übertragen wird, der dann auf das Lenkrad der „steer-by-wire" – Steuerung 90 einwirkt, um ein Fahrgefühl für den Fahrer zu erzeugen.
2 beschreibt die Modelldurchführung 30 des Modells 25. Das Modell 25 ist aufgeteilt in zwei Submodelle 40 und 50, wobei das Submodell 40 das Berechnungsmodell für den rollenden Betrieb ist, und das Submodell 50 das Berechnungsmodell für den stehenden Betrieb ist.
Bei beiden Submodellen 40, 50 erfolgt eine Datenaufnahme 41, 51. Die ermittelten Daten (42 bis 46 bzw. 52 bis 54) werden zusammengefügt 47, 55 und anschließend weiterverarbeitet. Bei den ermittelten Daten handelt es sich für das Submodell 40 um einen Lenkmomentaufbau 42, einen Dämpfungswert 43, eine Lenkverharrung (Hysterese) 44, eine Steuerreibung 45 und ein Straßengefühl 46, wobei letzteres empirisch zugewiesen werden kann. Bei den ermittelten Daten handelt es sich für das Submodell 50 um einen Dämpfungswert 52, einen Reibwert 53 und ein Moment 54.
Die zusammengefügten Daten des Submodells 40 ergeben einen Reibgrenzwert bzw. Reifenhaftwert 47. Dieser wird bei Punkt 48 verstärkt und weitergeleitet, so daß bei 60 eine Entscheidung über ein Lenkmoment getroffen wird, woraus dann der Sollwert für den Lenkungsaktuator 80 gebildet wird. Die zusammengefügten Daten des Submodells 50 ergeben einen Reibungskoeffizienten 56. Dieser wird bei Punkt 57 verstärkt und weitergeleitet, so daß ebenfalls bei 60 eine Entscheidung über ein Lenkmoment getroffen wird, woraus dann wiederum der Sollwert für den Lenkungsaktuator 80 gebildet wird.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Steuergefühls beim Betätigen einer Lenkung eines mit einer „steer-by-wire"-Steuerung (90) ausgestatten Kraftfahrzeugs, bei dem ein Sollwert (70) zur Ansteuerung eines Rückmeldeaktuators (80) für ein Lenkungsinterface zum Bereitstellen von Rückmeldekräften der Lenkung an den Fahrer festgelegt wird, indem der Sollwert (70) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fahrzeugbewegungszustand bestimmt wird, anschließend lenkungsunabhängige Daten (42 bis 47, 52 bis 54) ermittelt werden und aus der Kombination des Bewegungszustands und den lenkungsunabhängigen Daten der Sollwert (70) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fahrzeugbewegungszustand um Rollen oder Stehen handelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Kombination des Bewegungszustands mit den lenkungsunabhängigen Daten ein Lenkmomententscheidungswert gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lenkungsunabhängigen Daten für den rollenden Fahrzeugzustand Dämpfung (43), Lenkungsverharrung (Hysterese) (44), Lenkreibung (45), Straßengefühl (46), und/oder Momentaufbau (42) sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis der Verknüpfung der lenkungsunabhängigen Daten für den rollenden Fahrzeugzustand ein Straßengrenzreibwert und/oder ein Reifenhaftwert (47) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lenkungsunabhängigen Daten für den stehenden Fahrzeugzustand Dämpfung (52), Haftreibung (53) und/oder Lenkmoment (54) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis der Verknüpfung der lenkungsunabhängigen Daten für den stehenden Fahrzeugzustand eine Reibkoeffizientenabschätzung (56) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lenkungsunabhängigen Daten und/oder der Fahrzeugbewegungszustand mit Sensoren bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ermittelte Wert verstärkt (48, 57) wird.
Verfahren nach Anspruch 5, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem gebildeten Wert ein Lenkmomententscheidungswert gebildet wird, aus dem der Sollwert für den Rückmeldeaktuator (80) berechnet wird.