DE102007002362A1

DE102007002362A1 - Verfahren zur Einstellung eines Lenkwinkels an der Vorderachse eines untersteuernden Kraftfahrzeuges mit Hilfe einer Zusatzlenkung sowie aktives Lenksystem

Info

Publication number: DE102007002362A1
Application number: DE200710002362
Authority: DE
Inventors: Thomas-Willibald Meier; Michael Dr.-Ing. Sagefka; Marnix Dipl.-Ing. Lannoije; Florian Fuhr; Carsten Hoffmann
Original assignee: FKA FORSCHUNGSGESELLSCHAFT KRA; FKA FORSCHUNGSGESELLSCHAFT KRAFTFAHRWESEN AACHEN MBH; Audi AG
Current assignee: FKA FORSCHUNGSGESELLSCHAFT KRA; FKA FORSCHUNGSGESELLSCHAFT KRAFTFAHRWESEN AACHEN MBH; Audi AG
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: DE102007002362B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Schräglaufwinkels an der Vorderachse eines untersteuernden Kraftfahrzeuges mit Hilfe einer Zusatzlenkung sowie ein aktives Lenksystem. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit eines untersteuernden Fahrzeuges zu erhöhen und dennoch ein hohes Maß an Komfort zu ermöglichen. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Kraftfahrzeug daraufhin überwacht, ob ein untersteuernder Fahrzustand vorliegt. Sobald ein untersteuernder Fahrzustand festgestellt wird, wird der aktuelle Schräglaufwinkel an der Vorderachse ermittelt. Anschließend wird mit Hilfe eines mathematischen Modells der nach diesem Modell optimale Schräglaufwinkel errechnet, und sofern der aktuelle Schräglaufwinkel von dem mit Hilfe des mathematischen Modells errechneten optimalen Schräglaufwinkel abweicht, wird der aktuelle Lenkwinkel mit Hilfe der Zusatzlenkung derart verändert, dass der Betrag der Differenz zwischen dem aktuellen Schräglaufwinkel und dem optimalen Schräglaufwinkel sich verkleinert. Das aktive Lenksystem umfasst eine Zusatzlenkung, Mittel zur Erfassung des aktuellen Lenkwinkels, Mittel zur Erfassung des aktuellen Schräglaufwinkels sowie Mittel zur Überwachung, ob ein untersteuernder Fahrzustand vorliegt, wobei ferner ein Berechnungsmodul (130) zur Berechnung eines aufgrund eines mathematischen Modells optimalen Schräglaufwinkels und Mittel zur Veränderung des Lenkwinkels vorgesehen sind, wobei die Mittel zur Veränderung ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Schräglaufwinkels an der Vorderachse eines untersteuernden Kraftfahrzeuges mit Hilfe einer Zusatzlenkung sowie ein aktives Lenksystem.
Eine hohe Fahrsicherheit bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort zählt zu den wichtigsten Zielsetzungen der heutigen Auslegung von Fahrwerken und Fahrdynamikregelsystemen. Dabei ergeben sich häufig Konflikte, die nicht selten aus der Unvereinbarkeit von größtmöglicher Sicherheit und größtmöglichem Komfort resultieren.
Aus dem Stand der Technik bekannte Fahrdynamikregelsysteme für kritische Fahrzustände unterstützen den Fahrer in kritischen Fahrsituationen durch einen gezielten Brems- und/oder Motoreingriff. Dies führt zwar einerseits zu einer Erhöhung der Fahrsicherheit, andererseits verursachen jedoch insbesondere Bremseingriffe eine Reduzierung der Geschwindigkeit und ggf. unangenehme Geräusche und Vibrationen, welche den Komfort beeinträchtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit eines untersteuernden Fahrzeuges zu erhöhen und dennoch ein hohes Maß an Komfort zu ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. mit einem aktiven Lenksystem gemäß Anspruch 17.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Kraftfahrzeug daraufhin überwacht, ob ein untersteuernder Fahrzustand vorliegt. Sobald ein unter steuernder Fahrzustand festgestellt wird, wird der aktuelle Schräglaufwinkel an der Vorderachse ermittelt. Anschließend wird mit Hilfe eines mathematischen Modells der nach diesem Modell optimale Schräglaufwinkel errechnet, und sofern der aktuelle Schräglaufwinkel von dem mit Hilfe des mathematischen Modells errechneten optimalen Schräglaufwinkel abweicht, wird der aktuelle Lenkwinkel mit Hilfe der Zusatzlenkung derart verändert, dass der Betrag der Differenz zwischen dem aktuellen Schräglaufwinkel und dem optimalen Schräglaufwinkel sich verkleinert. Das erfindungsgemäße Verfahren unterstützt also den Fahrer eines Kraftfahrzeuges in einem untersteuernden Fahrzustand dabei, den untersteuernden Fahrzustand des Fahrzeug durch eine Korrektur des Schräglaufwinkels möglichst schnell zu beenden und somit einen sicheren Fahrzustand wiederherzustellen. Das Verfahren kann unabhängig von Motor- und/oder Bremseingriffe durchgeführt werden. Es ruft keine zusätzlichen Geräusche oder Vibrationen hervor und ist daher praktisch ohne Komfortbeeinträchtigung durchführbar. Als Zusatzlenkung geeignet sind insbesondere eine Überlagerungslenkung, eine elektrischen Servolenkung (EPS) und/oder einer voll aktive Lenkung (steer-by-wire System).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Veränderung des aktuellen Lenkwinkels ein Teilsollwinkel α berechnet, um welchen der Lenkwinkel nach der Berechnung verändert wird. Unter Lenkwinkel wird in diesem Zusammenhang der Winkel verstanden, um den die Vorderräder ausgelenkt werden. In dieser Ausführungsform wird also der Eingriff durch die Zusatzlenkung nicht nur qualitativ vorgegeben, sondern es wird für jeden Eingriff eine ganz bestimmte, durch die Zusatzlenkung einzustellende Lenkwinkelveränderung um einen Teilsollwinkel α vorgegeben. Dadurch sind wesentlich präzisere Eingriffe möglich. Insbesondere ist durch eine permanente Korrektur des Lenkwinkels kontinuierlich der optimale Schräglaufwinkel einstellbar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungemäßen Verfahrens wird als mathematisches Modell das lineare Einspurmodell verwendet. Dann sind zur Ermittlung des Teilsollwinkels α folgende Gleichungen verwendbar:
wobei die Variablen für folgende Größen stehen:

β_VA:: Schräglaufwinkel an der Vorderachse
χ_VA:: Fahrerwunschwinkel
δ:: Schwimmwinkel
φ .:: Giergeschwindigkeit
d_VA,SP:: Abstand zwischen Vorderachse und Schwerpunkt
ν_Fzg:: Fahrzeuggeschwindigkeit
χ .:: Fahrerwunschwinkelgeschwindigkeit
α_Q:: Querbeschleunigung
φ ..:: Gierbeschleunigung
δ .:: Schwimmwinkelgeschwindigkeit

Für ν_Fzg ≈ konst. gilt ferner:
Daraus folgt:
Die Ermittlung des Teilsollwinkels α kann mit Hilfe dieser Gleichungen dadurch erfolgen, dass zum letzten Zeitpunkt, bevor ein untersteuernder Zu stand festgestellt wird, das vorstehende Integral zu null gesetzt wird und eine Integration erfolgt. Das Ergebnis der Integration ist die Differenz zwischen dem optimalen Schräglaufwinkel und dem aktuellen Schräglaufwinkel und entspricht daher genau jenem Teilsollwinkel α, um welchen zu dem entsprechenden Zeitpunkt der Lenkwinkel verändert werden muss, um den optimalen Schräglaufwinkel einzustellen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt also eine Korrektur des Lenkwinkels dahingehend, dass der zu den vorliegenden Bedingungen bestmögliche Schräglaufwinkel eingestellt wird.
Gemäß einem alternativen, vereinfachten Verfahren kann der Teilsollwinkel α auch als Differenz aus dem zuletzt an der Vorderachse eingestellten Fahrerwunschlenkwinkels vor Beginn eines untersteuernden Fahrzustandes und dem Fahrerwunschlenkwinkel an der Vorderachse zu dem Zeitpunkt, an welchem ein untersteuernder Fahrzustand erkannt wird, berechnet werden. Dies erfolgt mit Hilfe der Gleichung α = β_WU,VA – β_W,VA, wobei β_WU,VA als der an der Vorderachse eingestellte Wunschwinkel des Fahrers zu dem erkannten untersteuernden Fahrzustand und β_W,VA als der zuletzt an der Vorderachse eingestellte Fahrerwunschlenkwinkel vor Beginn des untersteuernden Fahrzustandes definiert sind. Das vereinfachte Verfahren geht von der Annahme aus, dass die fahrzeugabhängigen Terme der vorstehenden Integralgleichung während eines untersteuernden Fahrzustandes im Wesentlichen konstant sind, was in den überwiegenden Fällen zutreffend ist. Zur Durchführung des vereinfachten Verfahrens sind daher nur sehr wenige Größen erforderlich, was eine einfache und insbesondere kostengünstige technische Realisierung ermöglicht.
Es ist vorteilhaft, wenn der Teilsollwinkel α permanent überwacht und wenn ein Winkelkontrollmodul eingesetzt wird, um die Einstellung eines kleineren als den unmittelbar vor Beginn des untersteuernden Fahrzustandes eingestellten Lenkwinkel zu verhindern. Durch ein solches Winkelkontrollmodul wird vermieden, dass aufgrund von Fehlerquellen von Sensoren oder sonstigen Messgeräten, insbesondere aufgrund von Offsets, ein kleinerer Lenkwinkel eingestellt wird, als vor Beginn des untersteuernden Fahrzustandes durch den Fahrer vorgegeben wurde. Das Winkelkontrollmodul greift demzufolge dann ein, wenn ein Lenkwinkel eingestellt werden soll, welcher kleiner ist als der zuletzt ermittelte Lenkwinkel, bei welchem eine stabile Kurvenfahrt ohne Untersteuern möglich gewesen ist.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ermittlung des Teilsollwinkels α Maßnahmen, welche gewährleisten, dass der Teilsollwinkel α zu Beginn und am Ende eines untersteuernden Fahrzustandes maximal Werte im Bereich von ±0,1°, insbesondere ±0,075° annimmt. Durch solche Maßnahmen wird gewährleistet, dass der Eingriff in die Lenkung im Wesentlichen unmerklich für den Fahrer erfolgt. Insbesondere wird dadurch verhindert, dass der Fahrer durch unerwartete Reaktionen des Fahrzeuges, z. B. durch Aufnahme einer anderen Fahrtrichtung nach Beendigung des untersteuernden Fahrzustandes, überrascht oder irritiert wird.
Vorzugsweise werden Maßnahmen vorgesehen, welche zu Beginn und am Ende eines untersteuernden Fahrzustandes einen stetigen Verlauf des Teilsollwinkels α gewährleisten, wobei der einzustellende Lenkwinkel zu Beginn und am Ende eines untersteuernden Fahrzustandes null ist. In diesem Fall erfolgt eine Zusatzlenkung durch einen Teilsollwinkel α nur dann, wenn tatsächlich ein untersteuernder Fahrzustand vorliegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die vorstehend genannten Maßnahmen die Bestimmung eines Untersteuerindex (USIndex), wobei der Untersteuerindex ein Maß für den untersteuernden Fahrzustand ist. Der Untersteuerindex kann beispielsweise aus der Differenz aus Soll- und Istquerbeschleunigung oder aus der Differenz aus Soll- und Istgiergeschwindigkeit ermittelt werden. Es ist ferner möglich, die vorgenannten Parameter zu kombinieren oder einen Untersteuerindex aus anderen oder einer Kombination mit anderen Größen zu bilden. Zu beachten ist jedoch, dass zu der Untersteuerindex zu Beginn und am Ende des untersteuernden Fahrzustandes null ergibt. Durch die Bestimmung des Untersteuerindex steht ein durch Zahlenwerte quantifiziertes Maß für den jeweils vorherrschenden untersteuernden Fahrzustand zur Verfügung. Der Untersteuerindex schafft daher die Möglichkeit, den Teilsollwinkel α quantitativ an das Maß des jeweiligen untersteuernden Fahrzustand anzupassen.
Gemäß einer ersten Variante kann eine solche Anpassung dadurch erfolgen, dass der Untersteuerindex derart definiert wird, dass dieser auf Werte zwischen 0 und 1 begrenzt ist, wobei der Untersteuerindex den Wert 1 annimmt, wenn ein untersteuernder Fahrzustand sicher erkannt wurde und wobei der Untersteuerindex zu Beginn und am Ende eines untersteuernden Fahrzu standes Werte kleiner als 1 annimmt, so dass der Teilsollwinkel α zu Beginn eines untersteuernden Fahrzustandes von 0 auf 1 erhöht und am Ende eines untersteuernden Fahrzustandes von 1 auf 0 verringert wird. Dies kann beispielsweise durch eine Zuordnungsfunktion oder eine Korrelationstabelle erfolgen. Wenn der Untersteuerindex – wie vorstehend beschrieben – auf Werte zwischen 0 und 1 begrenzt ist, kann der Untersteuerindex zur Bestimmung des einzustellenden Teilsollwinkels α einfach mit dem berechneten Teilsollwinkel α multipliziert werden.
Gemäß einer zweiten Variante wird zur Bestimmung des Teilsollwinkels α zunächst der Wert eines Faktors kpPα (k-Faktor) nach folgender Gleichung ermittelt: kpPα = –αUSIndex
Der k-Faktor kpPα wird auf einen Maximalwert kpP_max begrenzt und gemäß der nachfolgenden Gleichung wieder mit dem Untersteuerindex multipliziert: α = –min(kpPα, kpPmax)·USIndex
Eine Begrenzung des Untersteuerindex auf Werte kleiner als 1 ist gemäß dieser Alternative nicht erforderlich. Bei einem großen Untersteuerindex wird also der k-Faktor kpPα verwendet und derjenige Lenkwinkel eingestellt, welcher den optimalen Schräglaufwinkel zur Folge hat. Bei einem kleinen Untersteuerindex, d. h. vor allem zu Beginn und am Ende eines untersteuernden Fahrzustands, wird durch die Division in der Gleichung kpPα = –αUSIndex ein sehr großer k-Faktor kpPα errechnet, so dass in diesem Fall eine Begrenzung auf kpP_max erfolgt. Durch Multiplikation des festgelegten Wertes kpP_max mit dem kleinen Untersteuerindex ergibt sich daher insgesamt ein kleiner Teilsollwinkel und somit ein sanfter Übergang zu Beginn und am Ende der Regelung.
Um zu verhindern, dass aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens während eines untersteuernden Fahrzustandes eine übermäßig indirekte Lenkübersetzung entsteht, ist es vorteilhaft, wenn der Teilsollwinkel α auf einen Maximalwert begrenzt wird, wenn der berechnete Teilsollwinkel α einen Schwellwert überschreitet. So kann gewährleistet werden, dass der Fahrer auch während eines untersteuernden Fahrzustandes durch entschlossene Reaktionen noch selbständig den Lenkwinkel beeinflussen kann. Vorzugsweise wird der Wert des Teilsollwinkels α auf Werte von maximal 9°, insbesondere auf 4,5°, begrenzt, so dass Drehungen des Lenkrades, welche über diese Werte hinausgehen, trotz Anwendung des Verfahrens eine Lenkwinkeländerung zur Folge haben.
Die Indirektheit, welche hier als Verhältnis zwischen aktuellem Lenkradwinkel zu dem Teilsollwinkel α angesehen wird, kann ferner alternativ der zusätzlich in Abhängigkeit unterschiedlicher Fahrzeuggrößen, beispielsweise aufgrund der Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit, variiert werden.
Dynamische Lastwechsel, welche beispielsweise durch ruckartiges Loslassen des Gaspedals zu einer zusätzlichen Belastung der Vorderachse und einer entsprechenden Entlastung der Hinterachse führen können, sind im Zusammenhang mit untersteuernden Fahrzuständen – sofern diese in gemäßigter Form erfolgen – erwünscht, da diese unabhängig vom Antriebskonzept ein in die Kurve eindrehendes Giermoment (dynamisches Übersteuern) verursachen. Um diesen positiven Effekt nicht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kompensieren, ist gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, den Fahrzustand in Bezug auf Lastwechsel zu überwachen und den Teilsollwinkel α im Falle eines erkannten Lastwechsels zu reduzieren. Die Reduzierung erfolgt in dem Maße, dass Fahrzeug gut kontrollierbar bleibt. Zur Überwachung bzw. Erkennung von Lastwechseln eignen sich als Parameter insbesondere die Längsbeschleunigung, das Motormoment sowie die Fahrpedal- und Bremspedalposition.
Wenn gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren im Bereich des Lenkradvolleinschlages der Lenkwinkel durch einen Teilsollwinkel α verkleinert wird, kann es dazu kommen, dass ein Fahrerwunschlenkwinkel eingestellt wird, welcher betragsmäßig größer ist als der theoretisch mögliche, mechanische Lenkungsendanschlag. Würde in einer solchen Situation der untersteuernde Zustand beendet, hätte dies eine Fehlposition des Lenkrades zur Folge. Um dies zu verhindern, wird der Teilsollwinkel α in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens konstant gehalten, solange der einstellbare Lenkwinkel aufgrund einer mit Hilfe der Zusatzlenkung eingestellten Veränderung größer ist als der theoretische, mechanische Lenkungsendanschlag.
Obwohl der Teilsollwinkel α in diesem Fall nicht verändert wird, wird die Berechnung des Teilsollwinkels α fortgesetzt, um mit Hilfe einer entsprechenden Überleitungsfunktion unmittelbar wieder den berechneten Teilsollwinkel α einstellen zu können, sobald der Fahrer den Lenkwinkel wieder so weit verkleinert, dass der einstellbare Lenkwinkel aufgrund der mit Hilfe der Zusatzlenkung einstellbaren Veränderung nicht mehr größer ist als der theoretische, mechanische Lenkungsendanschlag. Als Überleitungsfunktion wird insbesondere eine Rampenfunktion gebildet.
Die Sicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann weiter erhöht werden, wenn über Sensoren ermittelte Signale zur Verifizierung des untersteuernden Fahrzeugzustandes ermittelt und ausgewertet werden, wobei aufgrund der ausgewerteten Sensorsignale ein Robustheitsindex als Maß für die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens einer untersteuernden Fahrsituation ermittelt wird und wobei der Robustheitsindex bei der Veränderung des aktuellen Lenkwinkels berücksichtigt wird. Durch die Verwendung eines Robustheitsindex kann eine zusätzliche Plausibilitätsprüfung aufgrund von vom Verfahren unabhängigen Parametern erfolgen, und im Falle einer nicht sicher vorliegenden Untersteuersituation kann die Veränderung des Lenkwinkels abgeschwächt oder vollständig unterbunden werden. Durch den Einsatz eines Robustheitsindex kann insbesondere verhindert werden, dass die Durchführung des Verfahrens aufgrund von an einem Fahrzeug vorgenommenen Veränderungen, wie beispielsweise die Änderung der Fahrwerksabstimmung, Änderung der Bereifung etc., zur Einstellung fehlerhafter Teilsollwinkel α führt.
Die Erfindung zeigt sich auch an einem erfindungsgemäßen aktiven Lenksystem umfassend eine Zusatzlenkung, Mittel zur Erfassung des aktuellen Lenkwinkels, Mittel zur Erfassung des aktuellen Schräglaufwinkels sowie Mittel zur Überwachung, ob ein untersteuernder Fahrzustand vorliegt, wobei ferner ein Berechnungsmodul zur Berechnung eines aufgrund eines mathematischen Modells optimalen Schräglaufwinkels und Mittel zur Veränderung des Lenkwinkels vorgesehen sind, wobei die Mittel zur Veränderung des Lenkwinkels dazu ausgebildet sind, den Lenkwinkel im Falle eines untersteuernden Fahrzustandes derart zu verändern, dass die Veränderung des Schräglaufwinkels den Betrag der Differenz zwischen dem aktuellen Schräglaufwinkel und dem berechneten optimalen Schräglaufwinkels verringert. Auf die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorstehend beschriebenen Vorteile wird hiermit verwiesen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Es zeigt:
1 eine bevorzugte Ausführungsform eines Moduls für ein erfindungsgemäßes aktives Lenksystem in einer schematischen Darstellung.
Das in 1 gezeigte Modul 100 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Moduls für ein aktives Lenksystem (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeuges (nicht gezeigt). Es umfasst eine Signaleingangsleitung 110, über welche dem Modul 100 im aktivierten Zustand Eingangssignale zugeleitet werden sowie eine Signalausgangsleitung 120, über welche Signale von dem Modul an das aktive Lenksystem ausgesandt werden können.
Zu den Eingangssignalen zählen insbesondere die in der Beschreibungseinleitung genannten Parameter zur Bestimmung des Teilsollwertes sowie weitere über Sensoren und sonstige an dem Kraftfahrzeug angeordnete Messeinrichtungen erfasste Parameter.
Sämtliche Eingangssignale werden in das Berechnungsmodul 130 zur Berechnung eines aufgrund eines mathematischen Modells optimalen Schräglaufwinkels weitergeleitet, wobei das Berechnungsmodul 130 zur Berechnung des optimalen Schräglaufwinkels das vorstehend beschriebene Einspurmodell verwendet.
Das Berechnungsmodul 130 empfängt und speichert in periodischen Abständen insbesondere Werte zur Fahrzeuggeschwindigkeit, zum Lenkwinkel, zur Querbeschleunigung, zur Giergeschwindigkeit und -beschleunigung, zum Schräglaufwinkel etc. und ermittelt aufgrund dieser Werte, ob ein untersteuernder Fahrzeugzustand vorliegt. Jeder ermittelte Wert wird zusammen mit der Information gespeichert, ob dieser während eines stabilen, d. h. nicht untersteuernden, oder während eines untersteuernden Fahrzustandes erfasst wurde.
Sobald ein untersteuernder Fahrzustand festgestellt wird, ermittelt das Berechnungsmodul den dazugehörigen Schräglaufwinkel und berechnet mit Hilfe des Einspurmodells – wie in der Beschreibungseinleitung beschrieben – einen Teilsollwinkel α, um welchen der Lenkwinkel verändert werden müsste, um den nach dem mathematischen Modell optimalen Schräglaufwinkel einzustellen. Diese Informationen einschließlich des bestimmten Teilsollwinkels α werden von dem Berechnungsmodul 130 über eine Verteilerleitung 132 an ein Winkelkontrollmodul 140, ein Winkelbegrenzungsmodul 142, ein Lastwechselüberwachungsmodul 144, eine Signalauswerteeinheit 146, eine Untersteuerklassifizierungseinheit 148 sowie an eine Verarbeitungseinheit 150 weitergeleitet.
Das Winkelkontrollmodul 140 überprüft, ob die Veränderung des Lenkwinkels um den ermittelten Teilsollwinkel α einen Lenkwinkel zur Folge hat, welcher größer ist, als der letzte vor Beginn des untersteuernden Fahrzustandes gespeicherte Lenkwinkel. Ist dies der Fall, wird der Teilsollwinkel α so weit reduziert, dass der durch Einstellung des Teilsollwinkel α resultierende Lenkwinkel dem letzten vor Beginn des untersteuernden Fahrzustandes entspricht. Der nach Prüfung des Winkelkontrollmoduls 140 ermittelte, ggf. veränderte Teilsollwinkel α wird über die Datenleitung 152 an die Verarbeitungseinheit 150 weitergeleitet.
Das Winkelbegrenzungsmodul 142 prüft, ob der von dem Berechnungsmodul 130 errechnet Teilsollwinkel α größer ist als der vorliegend als Schwellwert vorgegebene Winkel α_max von 5°. Ist dies der Fall, wird der Teilsollwinkel α auf 5° gesetzt und über die Leitung 154 an die Verarbeitungseinheit 150 übermittelt. Ist der von dem Berechnungsmodul 130 errechnet Teilsollwinkel α gleich oder kleiner als 5°, wird der errechnete Teilsollwinkel α unverändert an die Verarbeitungseinheit 150 übermittelt.
Das Lastwechselüberwachungsmodul 144 prüft aufgrund der über die Verteilerleitung 132 zugeleiteten Werte für Längsbeschleunigung, Motormoment und Fahrpedal- sowie Bremspedalposition, ob und in welchem Maße ein Lastwechsel vorliegt. Sobald ein Lastwechsel festgestellt wird, sendet das Lastwechselüberwachungsmodul 144 ein Signal über die Leitung 156 an die Verarbeitungseinheit 150, aufgrund dessen eine Reduzierung des Teilsollwinkels α erfolgt. In welchem Maße der Teilsollwinkel α reduziert wird, ist in einer in dem Lastwechselüberwachungsmodul 144 gespeicherten Zuordnungsfunktion festgelegt, welche für jede Wertekombination aus Längsbeschleunigung, Motormoment und Fahrpedal- sowie Bremspedalposition einen Faktor zwischen 0 und 1 angibt. Diese Zuordnungsfunktion wurde mit Hilfe von Versuchen ermittelt.
Die Signalauswerteeinheit 146 überprüft sämtliche zur Verfügung stehende Signale auf Widersprüche in Bezug auf den untersteuernden Fahrzustand. Sobald die Signalauswerteeinheit 146 Widersprüche feststellt, wird der Teilsollwinkel α in Abhängigkeit von Art und Zahl der Widersprüche entweder unmittelbar auf 0 gesetzt oder durch einen Faktor zwischen 0 und 1 abgeschwächt. Damit erfolgt eine von dem Berechnungsmodul 130 unabhängige Plausibilitätskontrolle, welche die Robustheit des Moduls 100 erhöht.
Die Untersteuerklassifizierungseinheit 148 bildet aus den über die Verteilerleitung 132 eingehenden Werten für die Soll- und Istquerbeschleunigung die Differenz und gibt damit ein Maß für den untersteuernden Fahrzustand an. Dieses Maß wird auf Werte zwischen 0 und 1 normiert und über die Leitung 160 an die Verarbeitungseinheit 150 weitergeleitet.
Die Verarbeitungseinheit 150 verarbeitet sämtliche über die Verteilerleitung 132 sowie über die Leitungen 152, 154, 156, 158, 160 eingegangenen Signale und nimmt etwaige Korrekturen des Teilsollwinkeis α vor. Dazu werden zunächst etwaige Reduzierungen des Teilsollwinkels αaufgrund der von dem Winkelkontrollmodul 140 und/oder von dem Winkelbegrenzungsmodul 142 übermittelten Signale vorgenommen. Anschließend wird der etwaig korrigierte Teilsollwinkel α mit etwaig von der Faktoren des Lastwechselüberwachungsmoduls 144, der Signalauswerteeinheit 146 und/oder der Untersteuerklassifizierungseinheit 148 multipliziert und über die Leitung 162 an die Endbegrenzungseinheit 164 weitergeleitet.
Die Endbegrenzungseinheit 164 prüft permanent, ob der Fahrerwunschwinkel näher als 5° an dem theoretischen, mechanischen Lenkungsendanschlag liegt. Solange dies nicht der Fall ist, gibt die Endbegrenzungseinheit 164 den von der Verarbeitungseinheit 150 über die Leitung 162 empfangenen Teilsollwinkel α über die Signalausgangsleitung 120 unverändert aus. Stellt die Endbegrenzungseinheit 164 jedoch fest, dass der Fahrerwunschwinkel näher als 5° an dem theoretischen, mechanischen Lenkungsendanschlag liegt, gibt sie über die Signalausgangsleitung 120 so lange den zuletzt außerhalb dieses Bereichs ermittelten Teilsollwinkel α aus, bis der Fahrerwunschwinkel wieder mindestens 5° von dem theoretischen, mechanischen Lenkungsendanschlag liegt. Anschließend gibt die Endbegrenzungseinheit 164 wieder die über die Leitung 162 empfangenen Teilsollwinkel α aus, wobei die Überleitung mit Hilfe einer in der Endbegrenzungseinheit 164 vorgesehenen Rampenfunktion erfolgt.
Über die Signalausgangsleitung 120 werden bei dem in 1 gezeigten Modul nur dann Signale gesendet, wenn die Verarbeitungseinheit 150 aufgrund der Untersteuerklassifizierungseinheit 148 einen untersteuernden Zustand sicher erkannt hat und der untersteuernde Zustand durch die Signalauswerteeinheit 146 verifiziert wurde.
Die Signalausgangsleitung 120 führt zu einem im Lenkstrang eingebrachten Aktuator (nicht gezeigt), welcher den über das Lenkrad geäußerten Fahrerwunschlenkwinkel eines Fahrers aufgrund von über die Signalausgangsleitung empfangener Signale durch einen unabhängigen Lenkwinkel von maximal 5° überlagern kann.

Claims

Verfahren zur Einstellung eines Schräglaufwinkels an der Vorderachse eines Kraftfahrzeuges mit Hilfe einer Zusatzlenkung, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Es wird überwacht, ob ein untersteuernder Fahrzustand vorliegt, b) sobald ein untersteuernder Fahrzustand festgestellt wird, wird der aktuelle Schräglaufwinkel an der Vorderachse ermittelt, c) mit Hilfe eines mathematischen Modells wird der nach diesem Modell optimale Schräglaufwinkel errechnet, d) sofern der aktuelle Schräglaufwinkel von dem mit Hilfe des mathematischen Modells errechneten optimalen Schräglaufwinkel abweicht, wird der aktuelle Lenkwinkel mit Hilfe der Zusatzlenkung derart verändert, dass der Betrag der Differenz zwischen dem aktuellen Schräglaufwinkel und dem optimalen Schräglaufwinkel sich verkleinert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung des aktuellen Lenkwinkels ein Teilsollwinkel α berechnet wird, um welchen der Lenkwinkel verändert werden soll, wobei der Lenkwinkel nach der Berechnung des Teilsollwinkels α um den berechneten Teilsollwinkel α verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als mathematisches Modell das lineare Einspurmodell verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Teilsollwinkel α die Differenz aus dem optimalen und dem aktuellen Schräglaufwinkel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilsollwinkel α als Differenz aus dem zuletzt an der Vorderachse eingestellten Fahrerwunschlenkwinkels vor Beginn eines untersteuernden Fahrzustandes und dem Fahrerwunschlenkwinkel an der Vorder achse zu dem Zeitpunkt, an welchem ein untersteuernder Fahrzustand erkannt wird, berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilsollwinkel α permanent überwacht wird und dass ein Winkelkontrollmodul (140) eingesetzt wird, mit welchem die Einstellung eines kleineren als den unmittelbar vor Beginn des untersteuernden Fahrzustandes eingestellten Lenkwinkel verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Teilsollwinkels α Maßnahmen umfasst, welche gewährleisten, dass der Teilsollwinkel α zu Beginn und am Ende eines untersteuernden Fahrzustandes maximal Werte im Bereich von ±1°, insbesondere ±0,5° annimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Maßnahmen vorgesehen werden, welche zu Beginn und am Ende eines untersteuernden Fahrzustandes einen stetigen Verlauf des Teilsollwinkels α gewährleisten, wobei der einzustellende Lenkwinkel zu Beginn und am Ende eines untersteuernden Fahrzustandes null ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen die Bestimmung eines Untersteuerindex umfassen, wobei der Untersteuerindex ein Maß für den untersteuernden Fahrzustand ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Untersteuerindex derart definiert wird, dass dieser auf Werte zwischen 0 und 1 begrenzt ist, wobei der Untersteuerindex den Wert 1 annimmt, wenn ein untersteuernder Fahrzustand sicher erkannt wurde und wobei der Untersteuerindex zu Beginn und am Ende eines untersteuernden Fahrzustandes Werte kleiner als 1 annimmt, so dass der Teilsollwinkel α zu Beginn eines untersteuernden Fahrzustandes von 0 auf 1 erhöht und am Ende eines untersteuernden Fahrzustandes von 1 auf 0 verringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilsollwinkel α auf einen Maximalwert begrenzt wird, sofern der berechnete Teilsollwinkel α einen Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzustand in Bezug auf Lastwechsel überwacht wird, wobei der Teilsollwinkel α im Falle eines erkannten Lastwechsels reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilsollwinkel α konstant gehalten wird, solange der einstellbare Lenkwinkel aufgrund einer mit Hilfe der Zusatzlenkung eingestellten Veränderung größer ist als der theoretische, mechanische Lenkungsendanschlag.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass über Sensoren ermittelte Signale zur Verifizierung des untersteuernden Fahrzeugzustandes ermittelt und ausgewertet werden, wobei aufgrund der ausgewerteten Sensorsignale ein Robustheitsindex als Maß für die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens einer untersteuernden Fahrsituation ermittelt wird und wobei der Robustheitsindex bei der Veränderung des aktuellen Lenkwinkels berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Lenkwinkels mit Hilfe eines im Lenkstrang angeordneten Aktuators durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Lenkwinkels mit Hilfe einer Überlagerungslenkung, einer elektrischen Servolenkung (EPS) und/oder einer voll aktiven Lenkung (steer-by-wire System) durchgeführt wird.
Aktives Lenksystem umfassend eine Zusatzlenkung, Mittel zur Erfassung des aktuellen Lenkwinkels, Mittel zur Erfassung des aktuellen Schräglaufwinkels sowie Mittel zur Überwachung, ob ein untersteuernder Fahrzustand vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Berechnungsmodul (130) zur Berechnung eines aufgrund eines mathematischen Modells optimalen Schräglaufwinkels und Mittel zur Veränderung des Lenkwinkels vorgesehen sind, wobei die Mittel zur Veränderung des Lenkwinkels dazu ausgebildet sind, den Lenkwinkel im Falle eines untersteuernden Fahrzustandes derart zu verändern, dass die Veränderung des Schräglaufwinkels den Betrag der Differenz zwischen dem aktuellen Schräglaufwinkel und dem berechneten optimalen Schräglaufwinkels verringert.
Aktives Lenksystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnungsmodul dazu ausgebildet ist, einen Teilsollwinkel αzu berechnen, um welchen der Lenkwinkel verändert werden soll.
Aktives Lenksystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Berechnungsmodul und den Mitteln zur Veränderung des Lenkwinkels ein Winkelkontrollmodul (140) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, die Einstellung eines kleineren als den zu Beginn des untersteuernden Fahrzustandes eingestellten Lenkwinkel zu verhindern.
Aktives Lenksystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Berechnungsmodul (130) und den Mitteln zur Veränderung des Lenkwinkels ein Winkelbegrenzungsmodul (142) angeordnet ist, welches den Teilsollwinkel α auf einen Maximalwert begrenzt, sofern der ermittelte Teilsollwinkel α einen Schwellwert überschreitet.
Aktives Lenksystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Berechnungsmodul (130) und den Mitteln zur Veränderung des Lenkwinkels ein Lastwechselüberwachungsmodul (144) angeordnet ist, welches den Teilsollwinkel α im Falle eines Lastwechsels reduziert.
Aktives Lenksystem nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Berechnungsmodul (130) und den Mitteln zur Veränderung des Lenkwinkels eine Signalauswerteeinheit (146) zur Bestimmung eines Robustheitsindex angeordnet ist.
Aktives Lenksystem nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Berechnungsmodul (130) und den Mitteln zur Veränderung des Lenkwinkels eine Untersteuerklassifizierungseinheit (148) zur Ermittlung des Maßes für den untersteuernden Fahrzustand angeordnet ist.
Aktives Lenksystem nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Berechnungsmodul (130) und den Mitteln zur Veränderung des Lenkwinkels eine Endbegrenzungseinheit (164) angeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, den Teilsollwinkel α konstant zu halten, solange der einstellbare Lenkwinkel aufgrund einer mit Hilfe der Zusatzlenkung eingestellten Veränderung größer ist als der theoretische, mechanische Lenkungsendanschlag.
Aktives Lenksystem nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzlenkung eine Überlagerungslenkung, eine elektrische Servolenkung (EPS) und/oder eine voll aktive Lenkung (steer-by-wire System) umfasst.