-
Technisches Gebiet
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen
Servolenksystems eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Computerprogramm und ein
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, um ein derartiges
Verfahren durchzuführen.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein elektronisches Servolenksystem
eines Kraftfahrzeugs.
-
Stand der Technik
-
Ein
Lenksystem mit Überlagerungsmitteln
ist aus der
DE 197
51 125 A1 bekannt. Dort wird die Bewegung (Zusatzwinkel
bzw. Motorwinkel) eines Stellantriebs, d. h. eines Elektromotors
mittels eines Überlagerungsgetriebes
(beispielsweise ein Planetengetriebe) mit dem Lenkradwinkel überlagert.
Mit Hilfe der Überlagerungsmittel
ist es möglich,
einen von der Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkradwinkel zur Erhöhung der
Fahrstabilität
bzw. des Komforts mit einem Zusatzwinkel zu überlagern, so dass sich fahrdynamikabhängig bzw.
komfortabhängig
ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen
Lenkradwinkel und mittlerem Radlenkwinkel der lenkbaren Räder des
Kraftfahrzeugs einstellt. Dadurch ist es sicherheitstechnisch z.
B. möglich,
ein Kraftfahrzeug, welches auszubrechen droht, durch eine entsprechende
Korrektur des Radlenkwinkels wieder in eine stabile Fahrsituation
zurückzuführen. Die Überlagerungsmittel
können
andere Fahrdynamiksysteme (z. B. ein elektronisches Stabilitätsprogramm
(ESP) oder ein Antiblockiersystem (ABS)) unterstützen. Komforttechnisch ist
es auch möglich,
einem Lenkradwinkel beispielsweise einen geschwindigkeitsabhängigen Zusatzwinkel
zu überlagern.
Dadurch kann bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ein relativ kleines Übersetzungsverhältnis eingestellt
werden, d. h. eine relativ kleine Drehung der Lenkhandhabe führt zu einem
relativ großen
Lenkwinkel der Räder (gegenüber der
mechanischen Grundübersetzung
direkteres Übersetzungsverhältnis).
Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann dagegen ein relativ großes Übersetzungsverhältnis (gegenüber der
mechanischen Grundübersetzung
indirekteres Übersetzungsverhältnis) eingestellt
werden, damit sich die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs erhöht. Auch
das erfindungsgemäße elektronische
Servolenksystem weist Überlagerungsmittel
auf.
-
Erfolgt
nach dem Abschalten des Kraftfahrzeugs bzw. des Servolenksystems – ohne eine
Sperrung bzw. Blockierung des Zusatzwinkelstellers, z. B. in einem
Fehlerfall – eine
Veränderung
des Ist-Zusatzwinkels,
beispielsweise wenn das Lenkrad verdreht wird, insbesondere in der
Werkstatt auf der Hebebühne,
bei einer Verklemmung im Getriebe oder einem Moment auf der Welle
des Elektromotors, so sind beim Wiedereinschalten die Nutzfunktionen
des Überlagerungslenksystems,
insbesondere die variable Lenkübersetzung,
zunächst
nur eingeschränkt verwendbar,
da der beim Abschalten des Systems fixierte bzw. abgespeicherte
Ist-Zusatzwinkel des Elektromotors der Überlagerungsmittel nicht mit
dem Soll-Zusatzwinkel beim Wiedereinschalten übereinstimmt und hierdurch
ein unerwünschter
Motorwinkelsprung entstehen würde.
Das System muss zunächst
wieder synchronisiert werden. Eine derartige Differenz zwischen
dem Ist-Zusatzwinkel
und dem Soll-Zusatzwinkel des Elektromotors der Überlagerungsmittel, ein sogenannter
Lenkradschiefstand, kann auch während
der Fahrt auftreten, insbesondere, wenn bei einer Kurvenfahrt des
Kraftfahrzeugs die variable Lenkübersetzung
beispielsweise abgeschaltet werden muss und die Lenkübersetzung
auf die Grundübersetzung
des Lenkgetriebes überführt wird.
-
Bisher
werden bei einem derartigen Fehlerfall die Nutzfunktionen, insbesondere
die variable Lenkübersetzung,
zunächst
deaktiviert. Dann wird anhand einer Synchronisierungsfunktion ein
stetiger Übergang
zwischen dem aktuellen Ist-Motorwinkel bzw. Ist-Zusatzwinkel und
dem von der Nutzfunktion angeforderten Soll-Motorwinkel bzw. Soll-Zusatzwinkel berechnet.
Liegen Soll- und Istwert nach einer gewissen Fahrzeit nahe genug
beieinander, so wird die Nutzfunktion wieder aktiviert. Dementsprechend
erhält
der Fahrer während
des Synchronisationsvorgangs in nachteiliger Weise keinerlei Unterstützung durch
die variable Lenkübersetzung.
Die volle Funktionalität
des elektronischen Servolenksystems bzw. dessen Nutzfunktionen stehen
nicht unmittelbar beim Start, sondern erst mit einer Verzögerung zur
Verfügung,
was den Fahrkomfort erheblich einschränkt.
-
Die
DE 103 02 559 A1 betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Synchronisation der Handhabenstellung
der Lenkhandhabe und dem an den gelenkten Fahrzeugrädern eingestellten
Lenkwinkel. Anhand einer Steuervorrichtung ist eine Zuordnungsfunktion
bzw. Lenkkennlinie zwischen der Handhabenstellung und dem Lenkwinkel
einstellbar. Nach dem Aktivieren der Steuervorrichtung wird die
momentane Handhabenstellung und der momentane Lenkwinkel unter Berücksichtigung
der momentan eingestellten Zuordnungsfunktion verglichen und im Falle
einer Stellungsabweichung erfolgt eine Relativverstellung zur Verringerung
der Stellungsabweichung zwischen der Handhabenstellung und dem Lenkwinkel.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Technische Aufgabe
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Betrieb eines Servolenksystems eines Kraftfahrzeugs, ein Computerprogramm,
ein Computerprogrammprodukt und ein elektronisches Servolenksystem
eines Kraftfahrzeugs der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche
einen Betrieb des Servolenksystems derart ermöglichen, dass nach einem Neustart
des elektronischen Servolenksystems und einer Synchronisierung des Zusatzwinkels
eine einfache und sichere Aktivierung der variablen Lenkübersetzung
als Nutzfunktion erfolgt.
-
Technische Lösung
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Die Aufgabe wird bezüglich des
Computerprogramms durch Anspruch 5, bezüglich des Computerprogrammprodukts
durch Anspruch 6 und bezüglich
des elektronischen Servolenksystems durch Anspruch 7 gelöst.
-
Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird
die variable Lenkübersetzung
als Nutzfunktion eines elektronischen Servolenksystems, sofern nach einem
Neustart eine Synchronisierung des Zusatzwinkels erforderlich war,
einfach und komfortabel reaktiviert. Direkt nach dem Einschalten
des Systems wird die Sperre des Zusatzwinkelstellers freigegeben und
ein möglicherweise
anstehender Motorlagewinkel > 0°, d. h. ein
sogenannter Lenkradschiefstand, wird abhängig von der Fahrsituation
mittels einer Positionierungsfunktion auf 0° positioniert bzw. fortlaufend
zu Null reduziert. Dementsprechend erfolgt die Positionierung, je
nach Fahrsituation, langsam oder zügig. Alle Nutzfunktionen, insbesondere
die variable Lenkübersetzung
bleiben währenddessen
deaktiviert, d. h. solange die Positionierungsfunktion aktiv ist,
kann keine andere Überlagerungsfunktion
aktiviert werden. Ist die Positionierung des Ist-Zusatzwinkels bzw.
des Motorwinkels auf 0° abgeschlossen,
besteht auch kein Lenkradschiefstand mehr. In einfacher und vorteilhafter
Weise wird nun eine systemspezifische Eigenschaft der variablen
Lenkübersetzung
ausgenutzt. Die variable Lenkübersetzung berechnet
beim Lenken durch die Lenkungsmittellage, d. h. bei Geradeausfahrt
bzw. wenn die lenkbaren Räder
gerade stehen, einen Soll-Zusatzwinkel bzw. Soll-Motorwinkel von
0°. Da zuvor
der Ist-Zusatzwinkel
bereits auf 0° positioniert
wurde, kann die Nutzfunktion somit beim nachfolgenden Lenken durch
die Lenkungsmittellage der lenkbaren Räder einfach und komfortabel
aktiviert werden.
-
Bewegt
sich das Kraftfahrzeug langsam, so kann schnell bzw. zügig positioniert
werden. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit höher, dann könnte sich die Positionierungsgeschwindigkeit
in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung
abhängig
von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkgeschwindigkeit bzw.
Lenkradwinkelgeschwindigkeit ergeben. Aus Sicherheitsgründen kann
die Positionierung bei Schnellfahrt unterbunden werden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Betrieb eines elektronischen Servolenksystems eines Kraftfahrzeugs
ist vorzugsweise als Computerprogramm auf einem Steuergerät des elektronischen Servolenksystems
realisiert. Dazu ist das Computerprogramm in einem Speicherelement
des Steuergeräts
gespeichert. Durch Abarbeitung auf einem Mikroprozessor des Steuergeräts wird
das Verfahren ausgeführt.
Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger (Diskette,
CD, DVD, Festplatte, USB-Memorystick oder dergleichen) oder einem
Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein und
von dort aus in das Speicherelement des Steuergeräts übertragen
werden. Ein derartiges Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt
mit Programmcodemitteln ist in Anspruch 5 bzw. Anspruch 6 angegeben.
-
Anspruch
7 betrifft ein elektronisches Servolenksystem eines Kraftfahrzeugs.
-
Nachfolgend
ist anhand der Zeichnung prinzipmäßig ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung angegeben.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Es
zeigt:
-
1 eine
vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Servolenksystems,
welches von einem erfindungsgemäßen Verfahren
betrieben wird; und
-
2 ein
vereinfachtes Diagramm von Winkelverläufen während der Synchronisierung.
-
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
-
1 zeigt
ein elektronisches Servolenksystem 1 eines nicht dargestellten
Kraftfahrzeugs. Das elektrische Servolenksystem 1 weist
eine als Lenkrad 2 ausgebildete Lenkhandhabe auf. Das Lenkrad 2 ist über eine
Gelenkwelle bzw. Lenksäule 3 mit
einem Lenkgetriebe 4 verbunden. Das Lenkgetriebe 4 dient
dazu, einen Drehwinkel der Lenksäule 3 in
einen Radlenkwinkel δFm von lenkbaren Rädern 5a, 5b des
Kraftfahrzeugs umzusetzen. Das Lenkgetriebe 4 weist eine
Zahnstange 6 und ein Ritzel 7 auf, an welches
die Lenksäule 3 angreift.
Das elektronische Servolenksystem 1 umfasst darüber hinaus Überlagerungsmittel 8,
die einen als Elektromotor 9 ausgebildeten Stellantrieb
bzw. Zusatzwinkelsteller und ein von diesem angetriebenes Überlagerungsgetriebe 10 aufweisen.
Das Überlagerungsgetriebe 10 ist als Planetengetriebe
ausgebildet. In weiteren Ausführungsbeispielen
könnte
das Überlagerungsgetriebe 10 auch
als Wellgetriebe oder dergleichen ausgebildet sein. Durch das Lenkrad 2 wird
ein Lenkradwinkel δS als Maß für einen
gewünschten
Radlenkwinkel δFm der lenkbaren Räder 5a, 5b des
Kraftfahrzeugs vorgegeben. Mit Hilfe des Elektromotors 9 wird
dann ein Überlagerungswinkel
bzw. Zusatzwinkel δM generiert und durch das Überlagerungsgetriebe 10 mit
dem Lenkradwinkel δS bzw. dem Drehwinkel der Lenksäule 3 überlagert.
Der Zusatzwinkel δM wird grundsätzlich zur Realisierung von
Nutzfunktionen, insbesondere zur Verbesserung der Fahrdynamik des
Kraftfahrzeugs bzw. des Komforts, insbesondere durch Bereitstellung
einer variablen Lenkübersetzung
bzw. einem variablen Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkradwinkel δS und
Radlenkwinkel δFm der lenkbaren Räder 5a, 5b,
erzeugt. Die Summe aus Lenkradwinkel δS und
Zusatzwinkel δM ergibt den Eingangswinkel des Lenkgetriebes 4 bzw.
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
den Ritzelwinkel δG. Die Überlagerung
des Zusatzwinkels ist mechanisch sperrbar (nicht dargestellt).
-
Die Überlagerungsmittel 8 weisen
ein elektronisches Steuergerät 11 auf,
welches unter anderem der Regelung des Zusatzwinkels δM und
des abgegebenen Moments des Elektromotors 9 dient. Auf dem
elektronischen Steuergerät 11 läuft dazu
ein Regelungsverfahren ab, welches als Regelungsstruktur bzw. als
Computerprogramm auf einem nicht dargestellten Mikroprozessor des
Steuergeräts 11 ausgeführt ist.
Der Elektromotor 9 wird mit einem elektrischen Ansteuersignal δMd,
welches dem Sollwert des von dem Elektromotor 9 zu erzeugenden
Zusatzwinkels δM, also dem Soll-Zusatzwinkel entspricht,
angesteuert. Die Ansteuerung bzw. Regelung des Elektromotors 9 erfolgt üblicherweise
in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, d. h. das variable Übersetzungsverhältnis zwischen dem
Lenkradwinkel δS und dem Ritzelwinkel δG bzw. dem
Radlenkwinkel δFm der Räder 5a, 5b wird
durch die Überlagerung
des Lenkradwinkels δS mit verschiedenen, geschwindigkeitsabhängigen Zusatzwinkeln δM in
Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt. Damit die vorstehend
angeführten Steuerungs-
bzw. Regelungsfunktionen ausgeführt
werden können,
erhält
das Steuergerät 11 unter
anderem als Eingangssignal die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit
(z. B. über
den CAN-Bus des Kraftfahrzeugs). Das elektronische Servolenksystem 1 kann
in weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen den Überlagerungsmitteln 8 nachgeordnet auch
einen elektrischen oder hydraulischen Servoantrieb aufweisen, welcher
unter anderem der variablen Momentenunterstützung dient.
-
Erfindungsgemäß wird das
elektronische Servolenksystem 1 nun mittels eines Verfahrens
betrieben, bei welchem mittels der Lenkhandhabe 2 der Lenkradwinkel δS als
Maß für den gewünschten
Radlenkwinkel δFm für
die lenkbaren Räder 5a, 5b des Kraftfahrzeugs
vorgegeben wird, bei welchem zur Realisierung des variablen Übersetzungsverhältnisses
zwischen dem Lenkradwinkel δS und dem Radlenkwinkel δFm als
Nutzfunktion, der Zusatzwinkel δM generiert und der Eingangswinkel δG des
Lenkgetriebes 4 des elektronischen Servolenksystems 1 aus der Überlagerung
des Lenkradwinkels δS mit dem Zusatzwinkel δM erzeugt
wird, und bei welchem der Eingangswinkel δG des
Lenkgetriebes 4 in den Radlenkwinkel δFm für das wenigstens
eine lenkbare Rad 5a, 5b des Kraftfahrzeugs umgesetzt
wird. Das erfindungsgemäße Verfahren
wird nachfolgend anhand 2, welche zeitliche Verläufe der
Lenksystemwinkel zeigt, verdeutlicht, wobei auf der horizontalen Achse
die Zeit in Sekunden (s) und auf der vertikalen Achse der jeweilige
Winkel in Grad (°)
aufgetragen ist. Nach einem Neustart der Nutzfunktion zu einem Zeitpunkt
t0, bei Vorliegen einer Differenz zwischen einem
gewünschten
Soll-Zusatzwinkel δMd und einem momentanen Ist-Zusatzwinkel δM,
wird die Überlagerung
des Zusatzwinkels δM entsperrt, wobei die Nutzfunktion deaktiviert
ist bzw. ein berechneter Teilsollwinkel δMdVL der
Nutzfunktion nicht in die Ermittlung des Soll-Zusatzwinkels δMd eingeht,
wonach eine Positionierungsfunktion den Ist-Zusatzwinkel δM angepasst
an die Fahrsituation des Kraftfahrzeugs durch die entsprechende
Ermittlung des Soll-Zusatzwinkels δMd aus
dem Teilsollwinkel δMdP der Positionierungsfunktion fortlaufend
zu Null reduziert (wie aus 2 ersichtlich,
ist die Positionierung zu einem Zeitpunkt t1 abgeschlossen,
danach beträgt
der Teilsollwinkel δMdP der Positionierungsfunktion gleichbleibend
0°), und
wonach die Nutzfunktion bei einem Lenken durch die Lenkungsmittellage
des wenigstens ein lenkbaren Rads 5a, 5b zum Zeitpunkt
t2, wenn die Nutzfunktion einen Teilsollwinkel δMdVL der
Nutzfunktion von 0° berechnet,
aktiviert wird, d. h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel, dass der berechnete Teilsollwinkel δMdVL der
Nutzfunktion in die Ermittlung des Soll-Zusatzwinkels δMd einbezogen
wird. Die Positionierung erfolgte zwischen den Zeitpunkten t0 und t1. Bei einer
geringen Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt die Positionierung schnell,
d. h. mit einer hohen Synchronisierungsgeschwindigkeit. Bei einer
höheren
Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt die Positionierung in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkgeschwindigkeit. Bei
einer hohen Lenkgeschwindigkeit erfolgt die Positionierung entsprechend
schneller. Bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit hingegen erfolgt
die Positionierung entsprechend langsamer. Ab einer vorgegebenen höheren Fahrzeuggeschwindigkeit
wird die Positionierung vollständig
unterbunden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Betrieb des elektronischen Servolenksystems 1 ist als Computerprogramm
auf dem Steuergerät 11 realisiert,
wobei auch andere Lösungen
selbstverständlich
in Frage kommen. Dazu ist das Computerprogramm in einem Speicherelement
des Steuergeräts 11 gespeichert.
Durch Abarbeitung auf einem Mikroprozessor des Steuergeräts 11 wird
das Verfahren ausgeführt.
Das Computerprogramm kann auf einem nicht dargestellten computerlesbaren
Datenträger (Diskette,
CD, DVD, Festplatte, USB-Memorystick oder dergleichen) oder einem
Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein und von
dort aus in das Speicherelement des Steuergeräts 11 übertragen
werden.
-
- 1
- Überlagerungslenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Gelenkwelle/Lenksäule
- 4
- Lenkgetriebe
- 5a,
5b
- lenkbare
Räder
- 6
- Zahnstange
- 7
- Ritzel
- 8
- Überlagerungsmittel
- 9
- Zusatzwinkelsteller/Elektromotor
- 10
- Überlagerungsgetriebe
- 11
- elektronisches
Steuergerät
der Überlagerungsmittel
- δFm
- Radlenkwinkel
bzw. Lenkwinkel
- δG
- Ritzelwinkel
- δS
- Lenkradwinkel
- δM
- Zusatzwinkel
- δMd
- Sollwert
des Zusatzwinkels
- δMdVL
- Teilsollwinkel
durch die Nutzfunktion
- δMdP
- Teilsollwinkel
durch die Positionierungsfunktion
- t0, t1, t2
- Zeitpunkte