DE102007007442A1

DE102007007442A1 - Verfahren zur reibwertabhängigen Veränderung des Lenkmoments und Lenksystem zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102007007442A1
Application number: DE200710007442
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr.-Ing. Schwarzhaupt; Armin Dr.-Ing. Sulzmann; Istvan Dipl.-Ing. Vegh; Urs Dipl.-Ing. Wiesel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2007-12-06

Abstract

Bei einem Verfahren zur Beeinflussung des an einem Lenkrad eines Lenksystems eines Fahrzeugs auftretenden Lenkmoments (LM) mittels eines durch eine Stelleinrichtung erzeugbaren, auf das Lenkrad einwirkenden Zusatzmoments, wird das Zusatzmoment reibwertabhängig variiert. Befindet sich das Fahrzeug in einem querdynamischen Grenzbereich oder nähert sich diesem an, wird zumindest eine der beiden folgenden Maßnahmen durchgeführt: - beim Erreichen eines sich aus der Querdynamikbewertung ergebenden maximalen Lenkwinkel- oder Lenkradwinkelbetrags (LWmax) wird ein Zusatzmoment erzeugt, durch das der Betrag des Lenkmoments (LM) sprungähnlich vergrößert wird; - es wird ein Zusatzmoment erzeugt, das den Betrag des Lenkmoments (LM) verringert.

Description

Die Erfindung betrifft zum einen ein Verfahren zur Beeinflussung des an einem Lenkrad eines Lenksystems eines Fahrzeugs auftretenden Lenkmoments mittels eines durch eine Stelleinrichtung erzeugbaren, auf das Lenkrad einwirkenden Zusatzmoments, wobei das Zusatzmoment in Abhängigkeit vom ermittelten Fahrbahnreibwert variiert wird und zum anderen ein Lenksystem zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus der DE 101 14 378 A1 ist ein solches Verfahren bzw. Lenksystem bekannt. Das am Lenkrad wirksame Lenkmoment wird durch eine Addition aus drei Anteilen gebildet: dem Rückstellanteil, dem Lenkgeschwindigkeitsanteil und dem Lenkbewegungsrichtungsanteil. Alle drei Anteile des Lenkmoments können abhängig vom Fahrbahnreibwert verändert werden. Der Rückstellenteil soll dabei entweder reibwertunabhängig bleiben oder aber bei niedrigeren Fahrbahnreibwerten erhöht werden, um den Fahrer über den Fahrbahnreibwert haptisch zu informieren.
Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung das Lenkmoment abhängig vom Fahrbahnreibwert derart zu verändern, dass die Fahrsicherheit weiter verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 gelöst.
Zunächst wird anhand des Fahrbahnreibwerts der Fahrbahnoberfläche eine Querdynamikbewertung vorgenommen und geprüft, ob sich das Fahrzeug in einem querdynamischen Grenzbereich befindet oder diesem annähert. Wird das Annähern an den querdynamischen Grenzbereich erkannt oder ist dieser bereits erreicht, wird zumindest eine von zwei Maßnahmen eingeleitet, um kritische bzw. gefährliche Fahrsituationen zu vermeiden.
Zum einen kann beim Erreichen eines sich aus der Querdynamikbewertung ergebenden maximalen Lenkwinkel- oder Lenkradwinkelbetrags ein Zusatzmoment erzeugt werden, durch das der Betrag des in Richtung kleinerer Lenkwinkel- bzw. Lenkradwinkelbeträge wirkenden Lenkmoments sprungähnlich vergrößert wird, so dass dadurch ein am Lenkrad spürbarer Anschlag gebildet ist, der ein Vergrößern des Lenkwinkel- bzw. Lenkradwinkelbetrages hemmt oder verhindert. Der Fahrer wird dadurch gehindert oder zumindest gehemmt einen Lenkwinkel einzustellen, dessen Betrag größer ist als der maximale Lenkwinkelbetrag. Damit kann vermieden werden, dass das Fahrzeug aufgrund zu großer Lenkwinkel in einen kritischen Fahrzustand gerät.
Zum anderen ist es alternativ oder zusätzlich möglich, ein Zusatzmoment zu erzeugen, das den Betrag des in Richtung kleinerer Lenkwinkel- bzw. Lenkradwinkelbeträge wirkenden Lenkmoments verringert. Bei einer Kombination mit der ersten Maßnahme würde die Reduzierung nur für Lenkwinkel- oder Lenkradwinkelbeträge kleiner als der ermittelte maximale Lenkwinkel- oder Lenkradwinkelbetrag erfolgen. Dies ermöglicht eine sehr frühe Information des Fahrers bereits beim Einlenken.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Es ist vorteilhaft, wenn bei der Querdynamikbewertung zusätzlich zum Fahrbahnreibwert einer oder mehrere Fahrzeug- und/oder Umgebungsparameter berücksichtigt werden, wie z. B. die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, die Fahrzeugbeladung bzw. das Fahrzeuggewicht und/oder der Kurvenradius der Fahrbahn. Dadurch kann der querdynamische Grenzbereich bzw. das Annähern an diesen genauer bestimmt werden.
Der Kurvenradius der Fahrbahn kann dabei anhand von Navigationsdaten eines Navigationssystems sehr einfach bestimmt werden.
Bei einer einfach durchzuführenden Querdynamikbewertung wird der ermittelte Fahrbahnreibwert mit einem Schwellenwert verglichen und dann, wenn der Fahrbahnreibwert unterhalb des Schwellenwertes liegt daraus geschlossen, dass sich das Fahrzeug im querdynamischen Grenzbereich befindet oder sich diesem annähert.
Es ist dabei möglich, den Schwellenwert variabel vorzugeben bzw. zu bestimmen und ihn abhängig von einem oder mehreren Fahrzeug- und/oder Umgebungsparametern zu verändern, wie z. B. die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, die Fahrzeugbeladung bzw. das Fahrzeuggewicht und/oder der Kurvenradius der Fahrbahn. Auf diese Weise ist eine einfache und ausreichend genaue Querdynamikbewertung möglich.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines Lenksystems und
2 eine qualitative Darstellung mehrerer betragsmäßiger Verläufe des am Lenkrad auftretenden Lenkmoments abhängig vom Lenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern.
In 1 ist ein Lenksystem 5 schematisch dargestellt. Ein Lenkrad 6 ist über eine Lenkspindel 7 mit einem Lenkgetriebe 8 des Lenksystems 5 mechanisch verbunden. Die Drehbewegung der Lenkspindel 7 wird durch das Lenkgetriebe 8 in eine translatorische Bewegung zur Einstellung des Lenkwinkels LW an den lenkbaren Fahrzeugrädern 9 umgesetzt. Im Bereich des Lenkgetriebegehäuses 10 des Lenkgetriebes 8 ist eine zum Aufbringen eines Zusatzmoments ZM auf die Lenkspindel 7 und mithin auf das Lenkrad 6 dienende Stelleinrichtung 11 vorgesehen. Die Stelleinrichtung 11 befindet sich daher im Motorraum eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs.
Die Stelleinrichtung 11 kann zum Aufbringen eines Zusatzmoments ZM auf das Lenkrad 6 von einer Steuereinheit 12 angesteuert werden. Das Zusatzmoment ZM kann beispielsweise als Servomoment dienen, um das vom Fahrer aufzubringende Lenkmoment LM beim Lenken des Fahrzeugs zu reduzieren. Des Weiteren bietet die Stelleinrichtung 11 die Möglichkeit, Assistenzfunktionen zu realisieren. Der Fahrer kann in bestimmten Fahrsituationen durch ein entsprechend eingestelltes Zusatzmoment unterstützt werden, beispielsweise in kritischen Fahrsituationen, um das Fahrzeug wieder zu stabilisieren. Es ist ferner möglich, mit Hilfe der Stelleinrichtung 11 auch eine autonome Lenkfunktion durchzuführen, z. B. während Parkiermanövern des Fahrzeugs, wenn der Fahrer das Lenkrad 6 freigibt bzw. dem am Lenkrad 6 vorgegebenen Zusatzmoment ZM folgt.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Stelleinrichtung 11 einen ansteuerbaren Elektromotor auf, der zur Erzeugung des Zusatzmoments ZM dient. Die Steuereinheit 12 steuert den Elektromotor der Stelleinrichtung 11 über ein Ansteuersignal AS an. Das Ansteuersignal AS wird in der Steuereinheit 12 abhängig von einer oder mehreren Eingangsgrößen ermittelt. Als Eingangsgrößen können ein oder mehrere Fahrzeug- und/oder Umgebungsparameter berücksichtigt werden.
Gemäß 1 werden der Steuereinheit 12 folgende Eingangsgrößen zur Verfügung gestellt:

– der Fahrbahnreibwert FR der Fahrbahnoberfläche, der von einer Reibwertermittlungseinrichtung 15 bestimmt oder geschätzt wird,
– der an den lenkbaren Fahrzeugrädern 9 eingestellte Lenkwinkel LW, der über einen Lenkwinkelsensor 16 erfasst wird,
– die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx und
– ein oder mehrere Navigationsdaten NAV eines Navigationssystems 17, die die Bestimmung des Kurvenradius der Fahrbahn ermöglichen.

Des Weiteren wird das am Lenkrad 6 anliegende Lenkmoment LM über einen Lenkmomentensensor 20 erfasst und an die Steuereinheit 12 übermittelt, so dass eine Regelung des Lenkmoments LM über die Steuereinheit 12 möglich ist.
Der Fahrbahnreibwert FR kann durch die Reibwertermittlungseinrichtung 15 akustisch oder optisch bestimmt und/oder geschätzt werden, beispielsweise anhand von Radschlupfwerten eines Antiblockiersystems oder eines Antriebsschlupfsystems. Alternativ oder zusätzlich zum Lenkwinkel LW an den lenkbaren Fahrzeugrädern 9 könnte auch der Lenkradwinkel, also die Drehstellung des Lenkrades 6 erfasst und der Steuereinheit 12 übermittelt werden.
Zusätzlich zur Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx könnten weitere Fahrzeugparameter als Eingangsgrößen Berücksichtigung finden, wie z. B. die Fahrzeuglängsbeschleunigung bzw. die Fahrzeuglängsverzögerung, die Fahrzeugbeladung bzw. das Fahrzeuggewicht, der Fahrzeugschwerpunktshöhe, etc.
Das Navigationssystem 17 kann den Kurvenradius der in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug befindlichen Fahrbahn aus den Daten einer digitalen Straßenkarte ermitteln und als Navigationsdaten NAV an die Steuereinheit 12 übertragen. Alternativ kann die Ermittlung des Kurvenradius anhand der vom Navigations system 17 übermittelten Kartendaten auch in der Steuereinheit 12 erfolgen.
Beim Lenksystem 5 wird das am Lenkrad 6 anliegende Lenkmoment LM abhängig vom Fahrbahnreibwert FR variiert. Abhängig vom ermittelten Fahrbahnreibwert FR erfolgt in der Steuereinheit 12 eine Querdynamikbewertung, wobei überprüft wird, ob das Fahrzeug die vor ihm befindliche Fahrspur mit ausreichender querdynamischer Stabilität durchfahren kann oder ob sich das Fahrzeug in einem querdynamischen Grenzbereich befindet bzw. diesem annähert. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Kurvenradius der Fahrspur, die aktuelle Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx und der Fahrbahnreibwert FR dahingehend bewertet, ob für das Durchfahren der vorausliegenden Fahrspur bei der momentanen Fahrzeuglängegeschwindigkeit vx eine ausreichende Seitenkraft auf die Fahrzeugreifen zur Verfügung steht, was vom aktuellen Fahrbahnreibwert abhängt. Für diese Querdynamikbewertung kann in der Steuereinheit 12 ein Kennfeld oder ein Fahrzeugmodell abgelegt sein, das anhand von Fahrversuchen empirisch ermittelt wurde. Dabei können auch weitere Fahrzeug- oder Umgebungsparameter berücksichtigt werden, um eine möglichst genaue Bewertung zu ermöglichen.
Bei einer einfach zu realisierenden Variante der Querdynamikbewertung wird der Fahrbahnreibwert FR mit einem in der Steuereinheit 12 vorgegebenen, parameterabhängigen Schwellenwert verglichen und auf das Annähern an den querdynamischen Grenzbereich geschlossen, wenn der Fahrbahnreibwert FR kleiner ist als der Schwellenwert. Der Schwellenwert ist dabei abhängig vom ermittelten Kurvenradius der vorausliegenden Fahrspur und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx.
Wird in der Steuereinheit 12 im Rahmen der Querdynamikbewertung festgestellt, dass sich das Fahrzeug an den querdynamischen Grenzbereich annähert oder sich im querdynamischen Grenzbereich befindet können zwei Maßnahmen eingeleitet werden – wobei es ausreichend ist, in einem Lenksystem 5 nur ei ne der beiden möglichen Maßnahmen vorzusehen. Diese beiden möglichen Maßnahmen werden anhand von 2 nachfolgend erläutert.
Die Kurve K1 zeigt den qualitativen Zusammenhang zwischen dem Betrag des Lenkwinkels LW und dem Betrag des Lenkmoments LM ohne die erfindungsgemäße reibwertabhängige Veränderung des Lenkmoments LM.
Bei der ersten Maßnahme wird auf Basis der aktuellen Reibwerts FR und der aktuellen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ermittelt, welcher maximale Lenkwinkelbetrag LWmax – oder welche maximale Lenkradwinkelbetrag – eingestellt werden darf, um den stabilen querdynamischen Zustand nicht zu verlassen. Dieser maximale Lenkwinkelbetrag LWmax – bzw. der entsprechende maximale Lenkradwinkelbetrag – entspricht dem kleinsten Kurvenradius, der bei der aktuellen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx und beim aktuellen Fahrbahnreibwert FR noch durchfahren werden kann ohne in den querdynamischen Grenzbereich zu kommen. Bei Erreichen dieses maximalen Lenkwinkelbetrags LWmax wird das auf das Lenkrad 6 einwirkende, in Richtung der Ausgangsstellung des Lenkrades wirkende Lenkmoment durch das Erzeugen eines entsprechenden Zusatzmoments ZM betragsmäßig sprungähnlich stark erhöht, wie dies schematisch in Kurve K2 dargestellt ist. Für den Fahrer entsteht dabei der Eindruck, das Lenkrad 6 befindet sich an einem Anschlag. Der Fahrer wird auf diese Weise gehindert oder zumindest gehemmt, das Lenkrad 6 weiter auslenken und den Betrag des Lenkwinkels LW über den maximalen Lenkwinkelbetrag LWmax hinaus wesentlich zu vergrößern. Auf diese Weise wird das Fahrzeug im querdynamisch stabilen Zustand gehalten.
Bei der zweiten Maßnahme wird beim Annähern an den querdynamischen Grenzbereich, der Betrag des Lenkmoments LM durch das erzeugte Zusatzmoment ZM verringert, wie dies durch den Verlauf der Kurve K3 schematisch beispielhaft gezeigt ist. Dem Fahrer wird somit eine haptische Rückmeldung über das Lenkrad 6 gegeben. Das betragsmäßig verringerte Lenkmoment LM dient als Hinweis auf einen niedrigen Fahrbahnreibwert FR, so dass der Fahrer rechtzeitig gewarnt ist und beispielsweise die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx reduzieren kann.
Bei einer Kombination der beiden Maßnahmen könnte der Betrag des Lenkmoment LM unterhalb des maximalen Lenkwinkelbetrags verringert werden und bei Erreichen des maximalen Lenkwinkelbetrages LWmax analog zur Kurve K2 sprungähnlich ansteigen. Ein Beispiel hierfür ist als Kurve K4 schematisch gezeigt.
Beide Maßnahmen dienen dazu kritische Fahrzustände des Fahrzeugs aufgrund eines niedrigen Fahrbahnreibwerts FR zu vermeiden. Die Fahrsicherheit ist deutlich verbessert.

Claims

Verfahren zur Beeinflussung des an einem Lenkrad (6) eines Lenksystems (5) eines Fahrzeugs auftretenden Lenkmoments (LM) mittels eines durch eine Stelleinrichtung (11) erzeugbaren, auf das Lenkrad (6) einwirkenden Zusatzmoments (ZM), wobei das Zusatzmoment (ZM) in Abhängigkeit vom ermittelten Fahrbahnreibwert (FR) variiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom ermittelten Fahrbahnreibwert (FR) eine Querdynamikbewertung erfolgt und dann, wenn sich aus der Querdynamikbewertung ergibt, dass sich das Fahrzeug in einem querdynamischen Grenzbereich befindet oder diesem annähert, zumindest eine der beiden folgenden Maßnahmen durchgeführt wird: – beim Erreichen eines sich aus der Querdynamikbewertung ergebenden maximalen Lenkwinkel- oder Lenkradwinkelbetrags (LWmax) wird ein Zusatzmoment (ZM) erzeugt, durch das der Betrag des in Richtung kleinerer Lenkwinkel- bzw. Lenkradwinkelbeträge wirkenden Lenkmoments (LM) sprungähnlich vergrößert wird, so dass dadurch ein am Lenkrad (6) spürbarer Anschlag gebildet ist, der ein Vergrößern des Lenkwinkel- bzw. Lenkradwinkelbetrages hemmt oder verhindert (K2 in 2); – es wird ein Zusatzmoment (ZM) erzeugt, das den Betrag des in Richtung kleinerer Lenkwinkel- bzw. Lenkradwinkelbeträge wirkenden Lenkmoments (LM) verringert (K3 in 2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Querdynamikbewertung zusätzlich zum Fahrbahnreibwert (FR) einer oder mehrere Fahrzeug- und/oder Umgebungsparameter berücksichtigt werden, wie z. B. die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (vx), die Fahrzeugbeladung bzw. das Fahrzeuggewicht und/oder der Kurvenradius (NAV) der Fahrbahn.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenradius der Fahrbahn anhand der Navigationsdaten (NAV) eines Navigationssystems (17) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Querdynamikbewertung der ermittelte Fahrbahnreibwert (FR) mit einem Schwellenwert verglichen wird und dann, wenn der Fahrbahnreibwert (FR) unterhalb des Schwellenwertes liegt daraus geschlossen wird, dass sich das Fahrzeug im querdynamischen Grenzbereich befindet oder sich diesem annähert.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert variabel ist und abhängig von einem oder mehreren Fahrzeug- und/oder Umgebungsparametern verändert wird, wie z. B. die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (vx), die Fahrzeugbeladung bzw. das Fahrzeuggewicht und/oder der Kurvenradius (NAV) der Fahrbahn.
Lenksystem eines Fahrzeugs zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Stelleinrichtung (11) zur Beeinflussung des an einem Lenkrad (6) auftretenden Lenkmoments (LM) mittels eines durch die Stelleinrichtung (11) erzeugbaren, auf das Lenkrad (6) einwirkenden Zusatzmoments (ZM), und mit einer Steuereinheit (12) zur Bestimmung des Zusatzmoments (ZM) in Abhängigkeit vom ermittelten Fahrbahnreibwert (FR), dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (12) abhängig vom ermittelten Fahrbahnreibwert (FR) eine Querdynamikbewertung erfolgt und dann, wenn sich aus der Querdynamikbewertung ergibt, dass sich das Fahrzeug in einem querdynamischen Grenzbereich befindet oder diesem annähert, zumindest eine der beiden folgenden Maßnahmen ausgelöst wird: – beim Erreichen eines sich aus der Querdynamikbewertung ergebenden maximalen Lenkwinkel- oder Lenkradwinkelbetrags (LWmax) wird durch die Ansteuerung der Stelleinrichtung (11) ein Zusatzmoment (ZM) erzeugt, durch das der Betrag des in Richtung kleinerer Lenkwinkel- bzw. Lenkradwinkelbeträge wirkenden Lenkmoments (LM) sprungähnlich vergrößert wird, so dass dadurch ein am Lenkrad (6) spürbarer Anschlag gebildet ist, der ein Vergrößern des Lenkwinkel- bzw. Lenkradwinkelbetrages hemmt bzw. verhindert (K2 in 2); – durch eine Ansteuerung der Stelleinrichtung (11) wird ein Zusatzmoment (ZM) erzeugt, das den Betrag des in Richtung kleinerer Lenkwinkel- bzw. Lenkradwinkelbeträge wirkenden Lenkmoments (LM) verringert (K3 in 2).