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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstellung eines Solllenkmoments in einem Lenksystem eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Steuergerät, welches dafür vorbereitet ist, ein entsprechendes Verfahren durchzuführen.
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Ein progressives Lenkübersetzungsverhältnis in einem Lenkgetriebe wird in der
DE 1 155 987 A beschrieben. Das von der Lenkradwelle angetriebene Lenkritzel kämmt mit einer Lenkzahnstange, deren Bewegung auf die zu lenkenden Vorderräder übertragen wird. Das Lenkritzel ist exzentrisch gelagert, so dass sich bei einer Drehung des Lenkritzels der Abstand zwischen der Drehachse und dem Außenradius des Lenkritzels im Bereich des Eingriffes mit der Zahnstange ändert. Die Abstandsänderung hat eine Hebeländerung zur Folge, wodurch sich auch das Übersetzungsverhältnis ändert, wobei ein kleinerer Abstand einhergeht mit einem kleineren Übersetzungsverhältnis und entsprechend ein größerer Abstand mit einem größeren Übersetzungsverhältnis.
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Die
DE 10 2005 044 896 A1 offenbart ein gattungsgemäßes Verfahren zur Verbesserung eines vom Fahrer wahrgenommenen Lenkgefühls und zur Erhöhung der Fahrzeugstabilität, bei dem in Abhängigkeit einer ermittelten Gierratenabweichung zwischen Standardgierrate und tatsächlicher Gierrate die Lenkreaktionskraft erhöht wird, wenn die Gierratenabweichung zunimmt.
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In der gattungsbildenden
DE 198 40 228 B4 wird ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Hilfskraftlenkung mit einer progressiven Lenkübersetzung offenbart, bei dem mit zunehmender Lenkgeschwindigkeit oder mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit eine zunehmende Gegenkraft aufgebracht wird, um eine sichere Führung des Fahrzeugs im Falle von versehentlich durchgeführten, großen Lenkradwinkeleinschlägen zu gewährleisten.
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In der Mittelstellung des Lenkrades wird ein indirektes Lenkübersetzungsverhältnis dadurch erreicht, dass der Abstand zwischen der Drehachse und dem Wälzkreisdurchmesser der in Eingriff befindlichen Zähne am kleinsten ist, so dass sich Lenkwinkeländerungen auch nur verhältnismäßig gering auswirken. Mit zunehmender Umdrehung des Lenkrades nach links oder rechts vergrößert sich dagegen das Übersetzungsverhältnis, mit der Folge, dass bereits verhältnismäßig geringe Lenkwinkeländerungen zu größeren Änderungen in der Radstellung führen, wodurch insbesondere das Einparken erleichtert wird.
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Die Änderung im Lenkübersetzungsverhältnis wird zwar mit verhältnismäßig einfachen konstruktiven Maßnahmen erreicht. Allerdings besteht die Gefahr, dass der Fahrer beispielsweise infolge einer Schreckreaktion das Lenkrad überreißt, was in Bereichen mit progressiv ansteigender Übersetzungskennlinie zu einer überproportional starken Änderung des Einschlages der lenkbaren Räder führt, wodurch eine kritische Fahrsituation entstehen kann.
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Bekannt ist es auch, ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Überlagerungslenkgetriebe auszustatten, bei dem in Abhängigkeit von diversen Fahrzeugzustandsgrößen dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel ein Überlagerungswinkel überlagert wird. Diese Lösung erlaubt zwar einen aktiven Eingriff in den dynamischen Fahrzustand des Fahrzeuges, sie ist aber konstruktiv nur mit großem Aufwand zu realisieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen in einem Lenksystem eines Fahrzeuges, das eine progressive Lenkwinkelübersetzung aufweist, die Sicherheit gegen versehentlich durchgeführte, große Lenkradwinkeleinschläge zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 3 geben hierbei zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Diese Aufgabe wird auch mit einem Steuergerät nach Anspruch 4 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung des Solllenkmoments eignet sich in besonderer Weise für einen Einsatz in Lenksystemen, die ein mit zunehmendem Lenkradwinkel progressives Lenkwinkel-Übersetzungsverhältnis aufweisen, das mit verhältnismäßig einfachen konstruktiven Maßnahmen, also insbesondere durch ein fest vorgegebenes, unveränderliches Übersetzungsverhältnis realisiert ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Solllenkmoment als Funktion einer Fahrzustandsgröße einstellbar ist, und zwar der Lenkradwinkelgeschwindigkeit, und mit steigender Lenkradwinkelgeschwindigkeit erhöht wird. Mit dieser funktionalen Abhängigkeit des Solllenkmomentes, das im Lenkrad wirkt und vom Fahrer vorgegebenen Lenkradausschlägen entgegenwirkt, von der Lenkradwinkelgeschwindigkeit wird erreicht, dass das Solllenkmoment umso größer ist, je größer die Lenkwinkelgeschwindigkeit ist. Damit wird einem versehentlichen Überreißen des Lenkrades entgegengewirkt.
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Des Weiteren ist vorteilhaft, dass die Erhöhung des Solllenkmomentes nur temporär bzw. situativ erfolgt und damit eine unmittelbare Reaktion auf starke Lenkwinkeländerungen darstellt. Im Normalfall, bei sich stetig ändernden Lenkradeinschlägen bzw. einer kontinuierlichen Zunahme der Lenkradwinkelgeschwindigkeit, ist das Solllenkmoment nicht bzw. nur leicht erhöht. Bei einer sprunghaften Änderung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit wird dagegen auch eine entsprechend starke Erhöhung des Solllenkmomentes eingestellt. Diese Vorgehensweise entspricht dem Grundprinzip eines Geschwindigkeitsdämpfers.
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Die konkrete Realisierung erfolgt zweckmäßig in der Weise, dass ein Basis-Solllenkmoment vorgegeben wird, dem ein Lenkmomentanteil überlagert wird, welcher von der Lenkradwinkelgeschwindigkeit abhängt. Das resultierende Solllenkmoment setzt sich aus den beiden Anteilen zusammen und wird über die Servoeinheit im Lenksystem vorgegeben, beispielsweise über das Lenkritzel, welches den vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel auf die Lenkzahnstange zur Einstellung der Radlenkwinkel überträgt. Das Basis-Solllenkmoment kann als positives, unterstützendes Drehmoment oder auch als negatives, der Bewegung entgegengerichtetes Moment ausgeführt sein, je nach aktueller Fahrsituation. Der zusätzliche Anteil des Solllenkmomentes, welcher von der Lenkradwinkelgeschwindigkeit abhängt, ist dagegen immer als negatives, der Lenkradbewegung entgegengesetztes Moment ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in besonders vorteilhafter Weise bei Lenksystemen mit fest vorgegebenem, progressiven Lenkwinkel-Übersetzungsverhältnis einsetzen, die als kostengünstige Alternative zu konstruktiv aufwändigen Lenksystemen wie beispielsweise variable Lenkübersetzungen mit einem Überlagerungslenkgetriebe oder Steer-by-Wire-Lenkungen eingesetzt werden. Trotz dieser konstruktiv einfachen Ausführung wird bei der erfindungsgemäßen Realisierung ein erhöhtes Maß an Sicherheit erreicht, da ruckartige Lenkradbewegungen automatisch zu einem entsprechend hohen, der Bewegung entgegengesetzt gerichteten Solllenkmoment führen.
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Zusätzlich zur Lenkradwinkelgeschwindigkeit können weitere Fahrzeugzustands- bzw. Betriebsgrößen berücksichtigt werden.
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Es handelt sich hierbei zum einen um die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, indem mit zunehmender Geschwindigkeit eine Verhärtung, also ein ansteigendes Solllenkmoment eingestellt wird. Zum anderen können Fahrzeugzustandsgrößen berücksichtigt werden, die die Querdynamik des Fahrzeuges beeinflussen, beispielsweise die Querbeschleunigung und/oder die Gierrate. In dieser Ausführung wird zweckmäßig eine Vernetzung mit Fahrerassistenzsystemen im Fahrzeug durchgeführt, insbesondere mit elektronischen Stabilitätsprogrammen wie ESP oder auch Antriebsschlupfregelungen ASR, Antiblockiersystemen ABS oder Wankausgleichssystemen.
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Das Verfahren kann sowohl als ungeregelte Steuerung als auch als geregelte Rückführung auf Basis des Lenkmoments durchgeführt werden, wobei in letzterem Fall das tatsächlich wirkende Lenkmoment mithilfe eines Lenkmomentsensors gemessen und durch Beaufschlagung der Servoeinheit auf das gewünschte Solllenkmoment eingestellt wird.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug, bei dem der Lenkradwinkel, der vom Fahrer über das Lenkrad vorgegeben wird, über eine Lenkwelle und ein Lenkgetriebe auf eine Lenkzahnstange übertragen wird, welche die lenkbaren Vorderräder ansteuert,
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2 ein Diagramm mit der Darstellung eines linearen und eines progressiven Lenkwinkel-Übersetzungsverhältnisses,
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3 ein Blockdiagramm mit der Darstellung der Ermittlung des Solllenkmomentes als Funktion der Lenkradwinkelgeschwindigkeit, der Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Basis-Solllenkmomentes.
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Bei dem in 1 dargestellten Lenksystem 1 wird vom Fahrer über ein Lenkrad 2 ein Lenkradwinkel δLenk eingestellt, der über eine Lenkwelle 3 und ein Lenkgetriebe 6 auf die lenkbaren Vorderräder 8 übertragen wird, in denen sich daraufhin ein Radlenkwinkel δRad einstellt. Zur Unterstützung der Lenkbewegung ist eine Servoeinheit 9 vorgesehen, die insbesondere als elektrischer Servomotor ausgeführt ist und über die ein unterstützendes, ggf. auch reduzierendes Solllenkmoment in das Lenksystem eingespeist wird, so dass der Fahrer bei seiner Lenkbewegung entweder ein unterstützendes oder ein entgegengesetzt gerichtetes, bremsendes Moment im Lenkrad erfährt. Dieses Solllenkmoment wird insbesondere über ein Lenkgetriebe 6 in das Lenksystem eingespeist, über das die Lenkbewegung der Lenkwelle 3 in eine korrespondierende Stellbewegung der Lenkzahnstange 7 umgesetzt wird. Das Lenkgetriebe 6 umfasst ein Lenkritzel, welches drehfest mit der Lenkwelle verbunden ist, sowie eine Verzahnungsgeometrie auf der Lenkzahnstange 7.
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Bei dem in 1 dargestellten System handelt es sich insbesondere um ein konventionelles Lenksystem ohne zusätzliches Überlagerungsgetriebe. Das Lenksystem weist einen mechanischen Durchgriff auf. Alternativ zu dieser Ausführung ist aber auch ein zusätzliches Überlagerungslenkgetriebe möglich, bei dem dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel ein Überlagerungswinkel überlagert wird. Gegebenenfalls ist das Lenksystem auch als Steer-by-Wire-Lenkung ausgeführt.
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Das Lenksystem weist zweckmäßig ein progressives Lenkwinkel-Übersetzungsverhältnis auf, was in 2 anhand der Kennlinie 2 dargestellt ist. Bei dem progressiven Lenkwinkel-Übersetzungsverhältnis steigt mit zunehmendem Lenkradwinkel δLenk der zugehörige Radlenkwinkel δRad an den gelenkten Rädern überproportional an. Ebendieses Übersetzungsverhältnis ist bei dem Lenksystem gemäß der Erfindung realisiert. Im Gegensatz hierzu ist mit der Kennlinie 1 in 2 ein proportionales Übersetzungsverhältnis dargestellt, bei dem der Radlenkwinkel δRad proportional zu dem vom Fahrer eingestellten Lenkradwinkel δLenk ist.
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Um insbesondere bei bereits eingeschlagenem Lenkrad und damit einhergehendem, progressivem Lenkwinkelübersetzungsverhältnis ein versehentliches Überreißen des Lenkrades zu verhindern, welches beispielsweise als Schreckreaktion infolge einer unerwartet eintretenden Situation auftreten könnte, wird einem Basis-Solllenkmoment T Basis / u, das über die Servoeinheit in das Lenksystem eingespeist wird, ein zusätzliches Solllenkmoment überlagert, wobei dieser zusätzliche Anteil des Solllenkmomentes mit steigender Lenkradwinkelgeschwindigkeit δ .Lenk erhöht wird. Daraus ergibt sich ein funktionaler Zusammenhang für das resultierende Solllenkmoment T * / u als Funktion von diversen Fahrzeugzustandsgrößen sowie der Lenkradwinkelgeschwindigkeit δ .Lenk gemäß der Funktion: T * / u = f(vx·δ .Lenk)·T Basis / u
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Hierin bedeutet die Funktion f der funktionale Zusammenhang in Abhängigkeit von den Zustandsgrößen, insbesondere der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx sowie der Lenkradwinkelgeschwindigkeit δ .Lenk, wobei ggf. auch weitere Abhängigkeiten von sonstigen Zustandsgrößen bestehen können, beispielsweise von der Fahrzeugquerbeschleunigung oder der Gierrate. Diese zusätzlichen Abhängigkeiten sind mit dem gestrichelten Pfeil in 3 dargestellt.
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Es kann darüber hinaus auch zweckmäßig sein, das Solllenkmoment nicht nur in Abhängigkeit von der Lenkradwinkelgeschwindigkeit δ .Lenk, sondern auch von dem Lenkradwinkel δLenk abhängig zu machen. Dies führt bereits unabhängig von der Lenkradwinkelgeschwindigkeit bei eingeschlagenem Lenkrad zu einer Erhöhung des Solllenkmomentes.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkwelle
- 6
- Lenkgetriebe
- 7
- Lenkzahnstange
- 8
- Vorderrad
- 9
- Servomotor
- 10
- Lenkritzel
- δLenk
- Lenkradwinkel
- δRad
- Radlenkwinkel
- TU
- Solllenkmoment
