DE102007002292A1

DE102007002292A1 - Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Servolenksystems

Info

Publication number: DE102007002292A1
Application number: DE102007002292A
Authority: DE
Inventors: Arnulf Heilig; Claus-Dieter Müller
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: DE102007002292B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Servolenksystems eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkradwinkel als Maß für einen gewünschten Radlenkwinkel für wenigstens ein lenkbares Rad des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird und bei welchem ein elektrischer Servoantrieb mit einem Elektromotor eine Lenkunterstützung über ein Getriebe bereitstellt. Über dem wenigstens annähernd gesamten Lenkwinkelbereich wird ein von dem Lenkwinkel und der aktuellen Drehzahl des Elektromotors des elektrischen Servoantriebs abhängiges Dämpfungsmoment auf den Elektromotor beaufschlagt.

Description

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
Die DE 10 2004 009 817 A1 zeigt ein servounterstütztes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb des Lenksystems.
Aus der DE 100 52 275 A1 ist eine Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei eine als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe zur Verschwenkung eines lenkbaren Rades dient. Das Rad ist gelenkig in bekannter Weise mit Radlenkhebeln und pro Stange mit einem verlagerbaren Bauelement, wie etwa einer Schub- oder Zahnstange, eines Getriebes, wie etwa einem Kugelumlaufgetriebe, verbunden. Ein elektrischer Servomotor ist antriebsmäßig mit dem verlagerbaren Bauelement des Getriebes verbunden. Zur spielfreien Verbindung des elektrischen Servomotors mit dem Getriebe dient eine Riemenscheibe an der Motorwelle des Servomotors, welche mit einer eingangsseitigen Riemenscheibe an dem Getriebe über einen Zahnriemen wirkverbunden ist.
Darüber hinaus sind elektrische Hilfskraftlenkungen bekannt, bei welchen die Übertragung der Unterstützungskraft auf die Zahnstange über ein Lenkritzel oder z. B. über ein separates Ritzelgetriebe erfolgt.
Es ist bekannt zum Schutz eines elektronischen Servolenksystems beim Lenken in den mechanischen Endanschlag bzw. dem Zahnstangenendanschlag eine Dämpfung mittels eines aufwändigen und kostenverursachenden mechanischen Endanschlagsdämpfers (z. B. ein Gummipuffer oder dergleichen) zu realisieren.
Des weiteren wird bei elektronischen bzw. elektronisch geregelten Servolenksystemen in der Praxis zusätzlich ein sogenannter Softwareendanschlag eingesetzt, welcher kurz vor dem mechanischen Endanschlag ein Gegenmoment in dem Elektromotor des elektrischen Servoantriebs aufbaut, um die Lenkgeschwindigkeit bzw. Dynamik in diesem Lenkbereich zu verringern, wodurch das elektronische Servolenksystem weiter geschützt wird und sowohl das akustische und als auch das haptische Verhalten der Lenkung verbessert wird. Zudem wird der Leistungsbedarf des elektronischen Servolenksystems gesenkt. Der Softwareendanschlag kann jedoch in nachteiliger Weise bei extrem hohen Lenkgeschwindigkeiten kurz vor dem mechanischen Endanschlag (z. B. bei einem eventuellen Schleudern des Kraftfahrzeugs) seine Wirkung nicht mehr entfalten, da in diesem Fall kein Gegenmoment mehr aufgebaut werden kann, weil die Drehzahl des Elektromotors des elektrischen Servoantriebs zu hoch ist.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Ausgehend davon liegt der vorliegenden Erfindung 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, durch welche eine mechanische Endanschlagsdämpfung kleiner dimensioniert, insbesondere ganz entfallen kann.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Die Aufgabe wird bezüglich des Computerprogramms durch Anspruch 2, bezüglich des Computerprogrammprodukts durch Anspruch 3 und bezüglich des elektronischen Servolenksystems durch Anspruch 4 gelöst.
Erfindungsgemäß wird über dem wenigstens annähernd gesamten Lenkwinkelbereich ein von dem Lenkwinkel und der aktuellen Drehzahl des Elektromotors des elektrischen Servoantriebs abhängiges Dämpfungsmoment auf den Elektromotor beaufschlagt. Durch diese lenkwinkelabhängige Dämpfung, welche die hohen Motordrehzahlen insbesondere kurz vor dem Endanschlag reduziert, wird die Wirkung eines vorhandenen Softwareendanschlags aufrecht erhalten. Somit kann keine Schädigung des Lenksystems erfolgen. Die Abhängigkeit der Dämpfung von dem Lenkwinkel gewährleistet hohe Lenkgeschwindigkeiten beispielsweise in einem Winkelbereich zwischen –360° und +360°, oberhalb bzw. unterhalb dieser Bereiche wird das System sozusagen abgebremst. Durch diese Maßnahmen kann in vorteilhafter Weise eine mechanische Endanschlagsdämpfung kleiner dimensioniert werden, bzw. ganz entfallen, wodurch die Herstellungskosten deutlich reduziert werden können.
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 2 bzw. Anspruch 3 angegeben.
Anspruch 4 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 elektronischen Servolenksystems, welches von einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird;
2 ein erstes vereinfachtes Schaubild eines Verlaufs einer Dämpfungsfunktion in einem ersten Bereich; und
3 ein zweites vereinfachtes Schaubild eines Verlaufs der Dämpfungsfunktion in einem zweiten Bereich. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
In 1 ist ein elektronisches Servolenksystem 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs stark vereinfacht dargestellt. Das elektronische Servolenksystem 1 weist eine als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe 2 auf. Das Lenkrad 2 ist über eine Lenksäule bzw. Gelenkwelle 3 mit einem Lenkgetriebe 4 verbunden. Das Lenkgetriebe 4 dient dazu, einen Drehwinkel der Gelenkwelle 3 in einen Lenkwinkel δ_Fm von lenkbaren Rädern 5a, 5b des Kraftfahrzeugs umzusetzen. Das Lenkgetriebe 4 weist dazu eine Zahnstange 6 und ein Ritzel 7 auf, an welches die Gelenkwelle 3 angreift.
Darüber hinaus weist das elektronische Servolenksystem 1 einen elektrischen Servoantrieb 8 auf, welcher insbesondere der variablen Momentenunterstützung dient. Der elektrische Servoantrieb 8 weist einen Elektromotor 9 zur Realisierung der Momentenunterstützung über ein Riemengetriebe 10 auf. Das Riemengetriebe 10 weist ein Antriebsritzel und eine Riemenscheibe zur Übertragung der Momentenunterstützung über ein Kugelumlaufgetriebe (in 1 nicht dargestellt) auf die Zahnstange 6 des elektronischen Servolenksystems 1 auf. Des weiteren ist ein elektronisches Steuergerät 11 zur Ansteuerung und Regelung des Elektromotors 9 vorgesehen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines elektronischen Servolenksystems 1 mit einem Riemengetriebe 10 und einem separaten Kugelumlaufgetriebe zur Übertragung der Unterstützungskraft auf die Zahnstange 6, wie beispielsweise aus der DE 100 52 275 bekannt, beschrieben. Für weitere elektrische Lenksystemtechnologien mit Momenten- bzw. Lenkunterstützung lassen sich jedoch mit geringfügigen Änderungen gleiche erfindungsgemäße Umsetzungen erzielen.
Erfindungsgemäß wird das elektronische Servolenksystem 1 nun mittels eines Verfahrens betrieben, bei welchem mittels der Lenkhandhabe 2 ein Lenkradwinkel δ_S als Maß für einen gewünschten Radlenkwinkel δ_Fm für die lenkbare Räder 5a, 5b des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird und bei welchem der elektrische Servoantrieb 8 mit dem Elektromotor 9 eine Lenkunterstützung über das als Riemengetriebe 10 ausgebildete Getriebe bereitstellt, wobei über dem wenigstens annähernd gesamten Lenkwinkelbereich ein von dem Lenkwinkel δ_Fm bzw. von dem Lenkradwinkel δ_S und der aktuellen Drehzahl des Elektromotors 9 des elektrischen Servoantriebs 8 abhängiges Dämpfungsmoment auf den Elektromotor 9 beaufschlagt wird.
In 2 ist ein beispielhafter Verlauf einer Dämpfungsfunktion im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Bereich eines betragsmäßigen (da vorzugsweise mit positiven und negativen Lenkwinkeln gleich verfahren wird) Lenkwinkels kleiner 400° dargestellt. Dabei ist auf der vertikalen Achse betragsmäßig das Dämpfungsmoment und auf der horizontalen Achse betragsmäßig die Rotordrehzahl des Elektromotors 9 aufgetragen. Das Dämpfungsmoment wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel ab einer Rotordrehzahl von 3400/min linear bis 1 Nm erhöht. Zuvor wird kein Dämpfungsmoment beaufschlagt.
3 zeigt ebenfalls einen beispielhaften Verlauf einer Dämpfungsfunktion im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem zweiten Bereich eines betragsmäßigen Lenkwinkels größer 500°. Das Dämpfungsmoment wird nun im vorliegenden Ausführungsbeispiel bereits ab einer Rotordrehzahl von 1200/min linear bis 4 Nm erhöht.
Im Lenkwinkelbereich zwischen 400° und 500° wird die Startdrehzahl für die Dämpfungsfunktion zwischen 3400/min und 1200/min interpoliert (nicht dargestellt). Ebenso wird zwischen 400° und 500° der Wert für das maximale Dämpfungsmoment zwischen 1 Nm und 6 Nm interpoliert (nicht dargestellt).
Die Dämpfungsfunktion kann innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens als Funktionsblock realisiert werden.
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: elektrischer Servoantrieb
9: Elektromotor
10: Riemengetriebe
11: elektronisches Steuergerät
δ_Fm: Radlenkwinkel bzw. Lenkwinkel
δ_S: Lenkradwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004009817 A1 [0002]
- DE 10052275 A1 [0003]
- DE 10052275 [0019]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Servolenksystems (1) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mittels einer Lenkhandhabe (2) ein Lenkradwinkel (δ_S) als Maß für einen gewünschten Radlenkwinkel (δ_Fm) für wenigstens ein lenkbares Rad (5a, 5b) des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird und bei welchem ein elektrischer Servoantrieb (8) mit einem Elektromotor (9) eine Lenkunterstützung über ein Getriebe (10) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass über dem wenigstens annähernd gesamten Lenkwinkelbereich ein von dem Lenkwinkel (δ_Fm) und der aktuellen Drehzahl des Elektromotors (9) des elektrischen Servoantriebs (8) abhängiges Dämpfungsmoment auf den Elektromotor (9) beaufschlagt wird.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren gemäß Anspruch 1 durchzuführen, wenn dass Programm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere auf einem Steuergerät (11) eines elektronischen Servolenksystems (1), ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren gemäß Anspruch 1 durchzuführen, wenn dass Programm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere auf einem Steuergerät (11) eines elektronischen Servolenksystems (1), ausgeführt wird.
Elektronisches Servolenksystem (1) eines Kraftfahrzeugs, mit – einer Lenkhandhabe (2) zur Vorgabe eines Lenkradwinkels (δ_S) als Maß für einen gewünschten Radlenkwinkel (δ_Fm) für wenigstens ein lenkbares Rad (5a, 5b) des Kraftfahrzeugs, – einem Lenkgetriebe (4), welches den Lenkradwinkel (δ_S) in den Radlenkwinkel (δ_Fm) des wenigstens einen lenkbaren Rades (5a, 5b) des Kraftfahrzeugs umsetzt, – einem elektrischen Servoantrieb (8) mit einem Elektromotor (9) zur Bereitstellung einer Lenkunterstützung über ein Getriebe (10), und – einem elektronischen Steuergerät für den elektrischen Servoantrieb (8) eingerichtet zur Ausführung des Computerprogramms gemäß Anspruch 2.