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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung Lenkung
eines Kraftfahrzeugs.
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Bei
einem üblichen
Lenksystem werden lenkbare Räder
von einem Fahrer über
eine Betätigungseinheit,
insbesondere durch Verdrehen eines Lenkrades gelenkt. Das Drehen
des Lenkrades bewirkt eine Verschiebung einer Zahnstange, die wiederum
die Räder
schwenkt. Die Lenkbewegung des Fahrers wird bei Servolenkungen durch
einen zusätzlichen
Elektromotor unterstützt.
Die Lenkunterstützung
erfolgt dabei im Allgemeinen durch kennfeldgesteuerte bzw. -geregelte
Systeme, bei denen die Lenkunterstützung in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit aufgebracht wird.
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Darüber hinaus
sind Lenksysteme bekannt, bei denen keine mechanische Verbindung
zwischen den lenkbaren Rädern
und dem Lenkrad besteht (Steer by wire). Die Räder werden dabei in Abhängigkeit
vom Verdrehwinkel und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Lenkrades
mit Hilfe von entsprechenden Motoren geschwenkt. Ein wesentliches
Problem dieser Systeme besteht darin, dass der Fahrer keine fühlbare Rückmeldung
mehr von den Rädern bekommt.
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Neben
der Beeinflussung des Lenkverhaltens in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
sind auch Systeme bekannt, die eine aktive Rückführung der gelenkten Räder ermöglichen
oder Seitenwind ausgleichen. Auch sind so genannte Pull/Drift-Kompensationsverfahren
bekannt.
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Kompensation
von geometriebedingten Antriebseinflüssen auf das Lenkmoment (Torque
Steer) aufgrund ungleich langer Antriebswellen, die über eine
feste Korrelation zwischen Antriebsmoment und Lenkmoment beschrieben
sind, und die über
eine globale Pull/Drift-Kompensation hinausgehen fehlen.
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Kompensation
von geometriebedingten Antriebseinflüssen auf das Lenkmoment (Torque
Steer) aufgrund der Momentenverteilung von Allradsystemen die über eine
feste Korrelation zwischen der Verteilung des Antriebsmomentes auf
die Vorderräder und
Lenkmoment beschrieben sind und die über eine globale Pull/Drift-Kompensation
hinausgehen fehlen ebenfalls.
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Auch
sind keine Systeme bekannt, bei denen eine Kompensation von Antriebseinflüssen auf
das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund unterschiedlicher Verteilung
des Antriebsmomentes auf die Vorderräder, bedingt durch unterschiedliche
Reibwerten an diesen, erfolgt, die über eine feste Korrelation
zwischen der Verteilung des Antriebsmomentes auf die Vorderräder und
Lenkmoment beschrieben sind und die über eine globale Pull/Drift-Kompensation
hinausgehen.
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Kompensation
von Antriebseinflüssen
auf das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund unterschiedlicher Verteilung
des Bremsmomentes auf die Vorderräder bedingt durch unterschiedliche
Reibwerten an diesen, die über
eine feste Korrelation zwischen der Verteilung des Bremsmomentes
auf die Vorderräder
und Lenkmoment beschrieben sind und die über eine globale Pull/Drift-Kompensation
hinausgehen sind auch nicht bekannt.
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Da
eine Pull/Drift-Kompensation permanent und eher global und unspezifisch
wirkt, wird durch diese die Rückmeldung über den
Fahrzustand im Allgemeinen verfälscht,
da sie auch dann wirkt, wenn die o.g. Antriebseinflüsse fehlen
und sie nicht mehr benötigt
wird
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Grundsätzlich sind
keine Systeme bekannt, bei denen das Lenkverhalten in Abhängigkeit
der Beschaffenheit der Fahrbahn, der Reibwertverteilung zwischen
den Rädern
(μ-Split),
des fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs, insbesondere des instationären Zustandes,
des Verhalten des Fahrzeugführers
und des Streckenprofils geregelt wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Lenkverhalten
eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
ein Verfahren zur Anpassung des Lenkverhaltens eines Kraftfahrzeugs
mit einem elektrischen Servolenksystem, mit den Verfahrensschritten:
- – Ermitteln
von Lenkwinkelsignalen des Lenkungsstranges unter Nutzung von mindestens
einem Lenkwinkelsensor im Lenkungsstrang,
- – Ermitteln
von Mess- und Regelgrößen eines Fahrdynamiksystems,
- – Anpassen
des Lenkverhaltens auf Basis der Lenkwinkelsignale und der Mess-
und Regelgrößen.
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Erfindungsgemäß wird das
Lenkverhalten des Kraftfahrzeugs unter Berücksichtigung der Mess- und
Regelgrößen des
Fahrdynamiksystems angepasst bzw. verbessert. Die Anpassung der
stationären
und instationären
Charakteristik des Fahrdynamiksystems erfolgt dabei vorteilhafterweise
in Abhängigkeit
von der momentanen Fahrsituation und der Fahrbahnbeschaffenheit
durch permanentes Ermitteln und Auswerten parametrierter Mess- und
Regelgrößen aus
dem fahrdynamischen Assistenzsystem des Fahrzeugs (z.B. ESP).
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Moderne
Fahrzeuge sind nämlich üblicherweise
mit Fahrdynamiksystemen ausgestattet, die beispielsweise die Stabilität des Fahrzeugs
beeinflussen können.
Ein solches Fahrdynamiksystem ermittelt permanent Daten zur Fahrerunterstützung. Durch
die Verknüpfung
von zum Beispiel Schlupfregel-, Brems- und Fahrstabilitätssystemen
(ABS, ASC, DSC, ESP usw.) gelingt es, die aktive Sicherheit und
den Fahrkomfort zu steigern und so den Fahrer zu entlasten, sie
helfen dem Fahrer, sein Fahrzeug auch in kritischen Situationen
sicher zu beherrschen.
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Derartige
Systeme treten erst dann in Aktion, wenn beispielsweise die Reifen
Gefahr laufen, die Haftung zu verlieren, d.h. bevor die Räder durchdrehen,
rutschen oder blockieren. Radsensoren überwachen z.B., wie schnell
sich die Räder
während
des Bremsvorgangs drehen. Neigt ein Rad zum Blockieren, wird automatisch
der Bremsdruck am entsprechenden Radbremszylinder soweit verringert,
bis das Rad wieder unter normalem Schlupf läuft.
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Bei
der Antriebsschlupfregelung sorgen Sensoren dafür, dass die Antriebskraft beim
Beschleunigen mit minimalem Schlupf übertragen wird. Unabhängig von
der Stellung des Gaspedals wird nur soviel Motorleistung zugelassen,
wie in der momentanen Fahrsituation ohne durchdrehende Räder möglich ist.
Durch Erfassung der Radgeschwindigkeiten durch Sensoren erkennt
dieses System ob die Räder sicher
greifen. Neigen die angetriebenen Räder zum Durchdrehen, greift
die Regelung in das Motormanagement ein und nimmt unabhängig von
der momentanen Gaspedalstellung des Drehmoments zurück.
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Bei
der dynamischen Stabilitätskontrolle
ermitteln zusätzliche
Sensoren weitere Fahrzustände, um
die Fahrsicherheit bei abrupten Ausweichmanövern oder plötzlichen
Gefahrsituationen zu erhöhen. Eine
Erweiterung des ABS erhöht
die Fahrstabilität besonders
beim Bremsen in Kurven. Das Regelungssystem regelt die Bremsdrücke unterhalb
der ABS-Regelschwelle durch unterschiedlich hohe Bremsdrücke rechts
und links für
stabilisierende Gegenmomente. Weiterhin sind dynamische Bremsmanagement-Systeme
bekannt, die das Bremsen des Fahrers unterstützen bzw. den Bremsvorgang
beispielhaft beschleunigen.
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Sensoren
ermitteln die Gierrate, die angibt, wie schnell sich das Fahrzeug
um seine Hochachse dreht, die Querbeschleunigung, als Maß für Kurvenradius-
und Geschwindigkeit, den Lenkwinkel, der die gewünschte Richtung angibt und
den Bremsdruck, den der Fahrer über
das Pedal ausübt
sowie die Drehzahl der einzelnen Räder. Die oben genannten Ausführungen
sind nur beispielhaft zu verstehen, Fahrdynamikdaten werden auch
aus weiteren Systemen ermittelt und genutzt.
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Vorzugsweise
wird das Lenkgefühl
insbesondere im Hinblick auf die Kompensation wie z.B. eine aktive
Rückstellung
der Räder
zurück
in eine gerade Ausrichtung beeinflusst, um dem Fahrer eine feinfühlige Sensierung
und somit einen Hinweis auf eventuell kritische Fahrzustände zu ermöglichen, ohne
aber den Komfort zum Beispiel bei hohen Reibwerten negativ zu beeinflussen.
Dies kann beispielsweise eine Rücknahme
der aktiven Rückstellung
bei niedrigem Reibwert der Fahrbahnoberfläche bedeuten, um dem Fahrer
eine feinfühlige
Sensierung des Fahrzustandes zu ermöglichen und ihm damit seine Lenkarbeit
zu reduzieren.
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Vorzugsweise
eignet sich die Anpassung des Lenkverhaltens auch zur Kompensation
von Fahrtrichtungsstörungen,
die verschiedene Ursachen haben können. Beispielsweise kommt
es zu Fahrtrichtungsstörungen,
wenn die Antriebswellen der lenkbaren Räder ungleiche Längen aufweisen, oder
wenn sich die Räder
beim Beschleunigen auf Untergründen
mit unterschiedlichen Reibwerten befinden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anpassung können derartige,
bisher nicht zu kompensierende Fahrtrichtungsstörungen kostengünstig ausgeglichen
werden.
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Die
Kompensation von geometriebedingten Rückwirkungen des Antriebsstranges
auf das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund ungleich langer Antriebswellen,
die über
eine feste Korrelation zwischen Antriebsmoment der Verbrennungsmotors,
Gang und Lenkmoment beschrieben sind, erfolgt erfindungsgemäß durch
Beobachtung und Auswertung der parametrierten Meß- und Regelgrößen aus
dem Antriebsstrang des Fahrzeuges. Aus der Motor- und Getriebesteuerung
und Auswertung der bekannten festen Korrelationen zwischen diesen
und deren Rückwirkung
auf die Lenkung bzw. das Lenkmoment kann ein gegensinniges Lenkmoment
aufgegeben werden, das dieser Rückwirkung
entgegen wirkt. Dies kann z.B. durch die Auswertung des Motormomentes
aus der Motorsteuerung und der eingelegten Fahrstufe aus der Getriebesteuerung
erfolgen. Dadurch werden diese Antriebseinflüsse auf das Lenkverhalten kompensiert
und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen vermieden. Durch intelligente
Softwareverknüpfungen
ist letztendlich möglich,
gleich lange Antriebswellen auf ungleich lange (und umgekehrt) sozusagen
umzustellen.
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Auch
ist eine Kompensation von geometriebedingten Antriebseinflüssen auf
das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund der Momentenverteilung von Allradsystemen
die über
eine feste Korrelation zwischen der Verteilung des Antriebsmomentes
auf die Vorderräder
und dem dadurch induzierten Störmoment
beschrieben sind, möglich.
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Durch
Beobachtung und Auswertung der parametrierten Meß- und Regelgrößen aus
dem Antriebsstrang des Fahrzeuges, d.h. der Motor und Getriebesteuerung
und der Steuerung des Allradsystems und Auswertung der bekannten
Korrelationen zwischen diesen und deren Rückwirkung auf die Lenkung bzw.
das Lenkmoment wird ein Lenkmoment aufgegeben, das dieser Rückwirkung
gegensinnig ist und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen vermieden.
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Dies
kann durch die Auswertung des Motormomentes aus der Motorsteuerung,
der eingelegten Fahrstufe aus der Getriebesteuerung und der Momentenverteilung
aus der Steuerung des Allradsystemes erfolgen, wodurch diese Einflüsse aus
dem Allradsystem auf das Lenkverhalten und die dadurch verursachten
Fahrtrichtungsstörungen
kompensiert werden.
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Eine
Kompensation von Antriebseinflüssen auf
das Lenkmoment (Torque Steer) aufgrund unterschiedlicher Verteilung
des Antriebsmomentes auf die Vorderräder bedingt durch unterschiedliche
Fahrbahnreibwerte an diesen, die über eine feste Korrelation
zwischen der reibwertinduzierten Verteilung des Antriebsmomentes
auf die Vorderräder
und dem Lenkmoment beschrieben sind, ist ebenfalls möglich.
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Durch
Beobachtung und Auswertung der parametrierten Meß- und Regelgrößen aus
dem Antriebsstrang des Fahrzeuges, d.h. der Motor und Getriebesteuerung
bzw. dem Fahrdynamiksystem und Auswertung der bekannten Korrelationen
zwischen diesen und deren Rückwirkung
auf die Lenkung bzw. das Lenkmoment wird ein Lenkmoment aufgegeben, das
dieser Rückwirkung
gegensinnig ist und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen kompensiert.
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Dies
kann durch die Auswertung des Motormomentes aus der Motorsteuerung,
der eingelegten Fahrstufe aus der Getriebesteuerung und den Raddrehzahlen
aus dem Fahrdynamiksystem erfolgen. Durch die Auswertung der Raddrehzahlen
in Abhängigkeit
vom Lenkwinkel kann der Schlupf an den Vorderrädern und damit die Verteilung
des Antriebsmoments auf diese errechnet und diese Einflüsse unterschiedlicher
Fahrbahnreibwerte an den Vorderrädern auf
das Lenkverhalten und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen kompensiert
werden.
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Schließlich ist
die Kompensation der Einflüsse
der Verteilung der Bremskraft auf das Lenkverhalten aufgrund unterschiedlicher
und transienter Verteilung der Fahrbahnreibwerte an dem Rädern, die durch
eine Korrelation mit der reibwertinduzierten Verteilung der Bremskraft
beschrieben sind (μ-split Braking,
transient μ Braking)
erreichbar.
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Durch
permanente Beobachtung und Auswertung der parametrierten Meß- und Regelgrößen aus
dem ABS- bzw. Fahrdynamiksystem und Auswertung der bekannten Korrelationen
zwischen diesen und deren Rückwirkung
auf das Lenkverhalten wird ein Lenkmoment aufgegeben, das dieser
Rückwirkung
gegensinnig ist und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen kompensiert.
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Dies
kann durch die Auswertung der Raddrehzahlen und Bremsdrücke aus
dem ABS- bzw. Fahrdynamiksystem erfolgen. Durch die Auswertung der
Raddrehzahlen in Abhängigkeit
vom Lenkwinkel kann der Schlupf an den Vorderrädern berechnet und damit die
notwendige Verteilung der Bremskraft auf diese ermittelt werden.
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Dadurch
werden diese Einflüsse
unterschiedlicher Fahrbahnreibwerte an den Vorderrädern auf
das Lenkverhalten und die dadurch verursachten Fahrtrichtungsstörungen kompensiert.
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Besonders
vorteilhaft ist das Verfahren auch dann, wenn es auch den momentanen
Fahrzustand, das Verhalten des Fahrzeugführers und das Streckenprofil
berücksichtigt.
Beispielsweise können
die aktive Rückstellung,
die Dämpfung
usw. an die Fahrsituation angepasst und dem Fahrer eine klare Rückmeldung
auf beispielsweise kritische Fahrzustände gegeben werden, ohne dabei
den Komfort negativ zu beeinflussen. Dies kann, wie ausgeführt, eine
Rücknahme
der aktiven Rückstellung
der lenkbaren Räder,
der Dämpfung
oder anderer Kompensationen bei kurvenreicher Fahrbahn bedeuten,
denkbar ist aber zum Beispiel auch eine Anpassung an schlechte,
unebene oder glatte Fahrbahnen oder an viele oder wenig Kurven.
Hierbei erfolgt die Anpassung vorzugsweise darüber, dass beispielsweise Querbeschleunigungen
oder die Benutzung des Bremspedals bzgl. Häufigkeit und Kraft der Benutzung
ermittelt und aufgezeichnet werden. Bei kurvenreicher Strecke können dann
die Lenkung bzw. das Fahrwerk individuell angepasst werden. Auch
kann eine Anpassung erfolgen, wenn beispielsweise das Gaspedal häufig und
schnell betätigt
wird, der Fahrer offensichtlich an einer hohen Beschleunigung interessiert
ist. Auch dann ist es sinnvoll wenn das Lenkverhalten des Fahrzeugs
straffer wird.
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Vorzugsweise
können
auch Daten eines Positionssensors des Elektromotors, der die Lenkung unterstützt, genutzt
werden. Hierzu eignen sich beispielsweise besonders bürstenlose
Elektromotoren.
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Anhand
der einzigen Figur, die eine Prinzipdarstellung einer Sicherheitsüberwachung
des Betriebsverhaltens zeigt, wird die Erfindung näher erläutert. Das
gezeigte Ausführungsbeispiel
soll dabei nur beispielhaft gelten und die Erfindung nicht beschränken.
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Wie
sich der zugehörigen
Legende entnehmen lässt,
ist zwischen den gezeigten Komponenten eine strukturelle Verbindung,
Signalfluss oder Kraftfluss bzw. Energiefluss möglich. Weiterhin sind Systemgrenzen
und Subsystemgrenzen durch unterschiedliche Strichstärken dargestellt.
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Ein
Fahrer 14 bringt ein Lenkmoment über eine Lenksäule 16 auf
ein Lenkgetriebe 18 auf. Das Lenkgetriebe 18 weist
ein Ritzel 22 auf, über
das das Lenkmoment auf die Zahnstange 10 übertragen
wird. Optional kann die Lenksäule 16 einen
Lenkwinkelsensor 12 nach dem Stand der Technik aufweisen. Alternativ
kann der Lenkwinkelsensor 12 auch im Lenkgetriebe 18 oder
an der Zahnstange 10 angeordnet sein.
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Das
Lenkmoment wird durch ein Reduktionsgetriebe 24 unterstützt, das
wiederum von einem Elektromotor 26 angetrieben wird. Der
Elektromotor 26 der die Drehung des Lenkungsstranges bzw.
eine Verschiebung einer Zahnstange, die die Räder schwenkt, unterstützt, beinhaltet
einen Positionssensor 20, durch den auf die aktuelle Stellung
der Räder bzw.
den Lenkwinkel rückgeschlossen
werden kann. Es können
entweder der Lenkwinkelsensor 12 und der Positionssensor 20 vorgesehen
sein, eine der Komponenten kann jedoch auch ausreichen.
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Weiterhin
weist das Lenkgetriebe 18 einen Drehstab 28 auf. Über den
Drehstab ist es möglich, ein
auf das Lenkgetriebe 18 wirkendes Lenkmoment mit Hilfe
eines Lenkmomentensensors 42 zu ermitteln.
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Die
durch den Positionssensor 20 ermittelten Werte werden an
ein Steuergerät 32 übermittelt. Über das
Steuergerät 32 wird
der Elektromotor 26 gesteuert, er mittelt also unter anderem
das optimale Unterstützungsmoment
für das
Redukti onsgetriebe 24.
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An
das Steuergerät 32 wird
im gezeigten Ausführungsbeispiel
weiterhin eine ermittelte Momentenverteilung eines Allradsystems 34,
der ermittelte eingelegte Gang einer Getriebesteuerung 36, das
ermittelte Motormoment einer Motorsteuerung 38, sowie der
Lenkwinkel, die Gierrate, die Querbeschleunigung und die Raddrehzahlen,
jeweils ermittelt von einem Fahrdynamiksystem 40, übermittelt. Das
Fahrdynamiksystem 40 empfängt weiterhin den vom Lenkwinkelsensor 12 ermittelten
Lenkwinkel. Weiterhin empfängt
das Steuergerät 32 das
auf das Lenkgetriebe 18 wirkende Lenkmoment vom Lenkmomentensensor 42.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
umfasst vielmehr auch alle gleichwirkenden Ausführungsformen.