DE102007040064B4

DE102007040064B4 - Verfahren zur Steuerung des Rückstellmoments eines Fahrzeuglenksystems

Info

Publication number: DE102007040064B4
Application number: DE102007040064.2A
Authority: DE
Inventors: Dr. Bröcker Markus; Klaus Genz
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2027-08-25
Also published as: DE102007040064A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung des Rückstellmoments eines Fahrzeuglenksystems, mit folgenden Verfahrensschritten:a) es wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit (v) ermittelt;b) es werden mehrere steuerungsrelevante Parameter (φ, v, M, µ) ermittelt;c) zu jedem steuerungsrelevanten Parameter (φ, v, M, µ) ist eine Datentafel (T, T, T, T) vorgegeben, aus der jeweils in Abhängigkeit von der ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und dem jeweiligen steuerungsrelevanten Parameter (φ, v, M, µ) ein Rückstellmomentenfaktor (K, K, K, K) bestimmt wird;d) es wird das Vorzeichen eines Lenkradwinkels (φ) ermittelt;e) es wird ein Sollwert für das Rückstellmoment (M) zur Mittenzentrierung berechnet, indem alle Rückstellmomentenfaktoren (K, K, K, K) miteinander und mit dem Vorzeichen des Lenkradwinkels (φ) multipliziert werden;

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Rückstellmoments eines Fahrzeuglenksystems.
Bei modernen Fahrzeuglenksystemen ist es nach einem Lenkeinschlag üblich, daß ein für den Fahrer spürbares Rückstellmoment erzeugt wird. Dieses Rückstellmoment sorgt für eine automatische Mittenzentrierung, das heißt es beaufschlagt das Lenksystem in eine Position, die einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entspricht.
Um das Lenkgefühl für den Fahrer zu verbessern, wurde im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, das wahrnehmbare Rückstellmoment in Abhängigkeit eines fahrwerkseitigen Radrückstellmoments und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen. Dies erfolgt bei bekannten hydraulischen Servolenksystemen durch entsprechende Ausgestaltung der Charakteristik der Servoventile sowie durch geeignete elektrohydraulische Zusatzeinrichtungen. Bei elektrischen Servolenkungen erfolgt die Variation des Rückstellmoments durch eine entsprechende Ausgestaltung des zugehörigen elektronischen Regelalgorithmus. In der DE 101 22 153 A1 ist beispielsweise ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug offenbart, bei dem im Regler des Servolenksystems ein Algorithmus verwendet wird, der das zu erzeugende Rückstellmoment als Funktion der Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads ermittelt.
Aus der DE 101 56 369 B4 , der DE 102 44 069 A1 , der DE 601 08 539 T2 und der DE 697 32 732 T2 sind weitere Servolenksysteme bekannt, die ein Rückstellmoment als Funktion einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Lenkmoments, eines Lenkwinkels oder einer Lenkwinkelgeschwindigkeit berechnen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung des Rückstellmoments eines Fahrzeuglenksystems so weiterzuentwickeln, daß sich das Lenkgefühl des Fahrers und das Lenkverhalten des Fahrzeugs verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung des Rückstellmoments eines Fahrzeuglenksystems, welches folgende Verfahrensschritte aufweist:

a) es wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt;
b) es werden mehrere steuerungsrelevante Parameter ermittelt;
c) zu jedem steuerungsrelevanten Parameter ist eine Datentafel vorgegeben, aus der jeweils in Abhängigkeit von der ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit und dem jeweiligen steuerungsrelevanten Parameter ein Rückstellmomentenfaktor bestimmt wird;
d) es wird das Vorzeichen eines Lenkradwinkels ermittelt; und
e) es wird ein Sollwert für ein Rückstellmoment zur Mittenzentrierung berechnet, indem alle Rückstellmomentenfaktoren miteinander und mit dem Vorzeichen des Lenkradwinkels multipliziert werden.

Das Fahrzeuglenksystem ist insbesondere ein elektrisches Fahrzeuglenksystem.
Mit diesem Verfahren können sehr einfach beliebig viele steuerungsrelevante Parameter bei der Ermittlung des aktiven Rückstellmoments berücksichtigt werden. Jedem Parameter ist dabei eine Datentafel zugeordnet, in der z.B. auf Grundlage von Erfahrungswerten und/oder Simulationen die Rückstellmomentenfaktoren für eine bestimmte Eingangsgrößenkombination gespeichert sind. Durch den einfachen Austausch der Datentafeln läßt sich das Steuerungsverfahren leicht an geänderte Vorgaben oder spezielle Kundenwünsche anpassen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante werden aus den Größen Lenkradwinkel, Lenkrate, Lenkmoment und Reibkoeffizient der Fahrbahnoberfläche wenigstens zwei Größen als steuerungsrelevante Parameter ausgewählt. Folglich läßt sich das Verfahren zur Steuerung der Mittenzentrierung bzw. des Rückstellmoments einfach an eine vorhandene Ausstattung des Fahrzeugs anpassen. So wird in einer vereinfachten Verfahrensvariante beispielsweise der Reibkoeffizient nicht berücksichtigt, da die Abschätzung bzw. Sensierung des Reibkoeffizienten der Fahrbahnoberfläche bei elektrischen Lenksystemen nicht standardmäßig durchgeführt wird.
Vorzugsweise ist zu jedem steuerungsrelevanten Parameter ein Gewichtungsfaktor vorgegeben, wobei diese Gewichtungsfaktoren im Schritt e) jeweils mit den zugehörigen Rückstellmomentenfaktoren multipliziert werden. Über die Gewichtungsfaktoren läßt sich mit geringem Aufwand der Einfluß der einzelnen steuerungsrelevanten Parameter auf das aktive Rückstellmoment des Motors festlegen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:

- 1 eine Skizze, welche schematisch die Ermittlung eines Stellmoments für den Motor eines elektrischen Lenksystem veranschaulicht; und
- 2 eine Skizze, welche schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung des aktiven Rückstellmoments eines elektrischen Fahrzeuglenksystems veranschaulicht.

Unter elektrischen Lenksystemen sind im folgenden insbesondere elektromechanische Lenkungen und sogenannte „Steer-by-Wire“ Lenkungen zu verstehen. Bei elektromechanischen Lenkungen ist üblicherweise ein Motor vorgesehen, der ein manuell aufgebrachtes und mechanisch übertragenes Handmoment unterstützt, um lenkbare Räder eines Fahrzeugs zu betätigen. Steer-by-Wire Lenkungen weisen in der Regel zwei Motoren auf, wobei der eine Motor mit einem Radwinkelsteller gekoppelt ist, um die lenkbaren Räder zu betätigen, und wobei der andere Motor mit dem Lenkrad gekoppelt ist, um ein gewünschtes Moment als Rückmeldung für den Fahrer einzustellen.
Gemäß 1 setzt sich ein Stellmoment M_Total für die beschriebenen Motoren elektrischer Lenksysteme aus mehreren Komponenten M₁ , M₂ , M₃ , M₄ zusammen, wobei diese Momentenkomponenten M₁ , M₂ , M₃ , M₄ in unterschiedlichen Verarbeitungsprozessen 10, 12, 14, 16, 18 aus vorgegebenen Eingangsgrößen generiert und anschließend aufsummiert werden.
So gibt eine erste Komponente M₁ beispielsweise ein Hilfsmoment an, welches den Fahrer in Richtung seiner Lenkbewegung unterstützt. Maßgebende Eingangsgrößen für die Ermittlung der ersten Momentenkomponente M₁ sind dabei eine Fahrzeuggeschwindigkeit v, ein von einem Momentensensor gemessenes Lenkmoment M_sens und eine Lenkrate v_φ , wobei anstelle der Lenkrate v_φ auch eine Motorwinkelgeschwindigkeit ω als Indikator für die Lenkrate v_φ verwendet werden kann.
Aus denselben Eingangsgrößen wird auch eine zweite Momentenkomponente M₂ bestimmt, welche eine aktive Dämpfung des Lenksystems per Software bewirkt.
In einer dritten Komponente M₃ wird mithilfe der drei zuvor genannten Eingangsgrößen v, M_sens , v_φ sowie eines zusätzlich gemessenen Lenkradwinkels φ ein aktives Rückstellmoment M_R=M₃ berücksichtigt. Durch diese aktive Rückstellung wird das Lenksystem in eine Position beaufschlagt, die einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entspricht.
Aus den Eingangsgrößen Fahrzeuggeschwindigkeit v und Lenkrate v_φ (bzw. Motorwinkelgeschwindigkeit ω) wird ferner eine vierte Momentenkomponente M₄ ermittelt, die einer Trägheitskompensation des Motors dient.
Neben den erwähnten vier Momentenkomponenten M₁ , M₂ , M₃ , M₄ können selbstverständlich weitere Komponenten zur Ermittlung des Stellmoments M_Total vorgesehen sein, was in 1 durch eine Komponente M_x angedeutet ist.
Im folgenden wird anhand der 2 detailliert auf den Verarbeitungsprozeß 14 zur Ermittlung der dritten Komponente M₃ bei der Bestimmung des Stellmoments M_Total eingegangen, also auf das Verfahren zur Steuerung des aktiven Rückstellmoments M_R des Fahrzeuglenksystems. Dabei werden neben der Fahrzeuggeschwindigkeit v zunächst mehrere steuerungsrelevante Parameter ermittelt. Diese steuerungsrelevanten Parameter sind in der vorliegenden, beispielhaften Verfahrensvariante der Lenkradwinkel φ, die Lenkrate v_φ (bzw. Motorwinkelgeschwindigkeit ω), das Lenkmoment M_sens und ein Reibkoeffizient µ der Fahrbahnoberfläche.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird mit den Eingangswerten Fahrzeuggeschwindigkeit v und Lenkradwinkel φ aus einer ersten vorgegebenen Datentafel T₁ , die dem Lenkradwinkel φ zugeordnet ist, ein erster Rückstellmomentenfaktor K_MR1 bestimmt. Analog wird mit den Eingangswerten Fahrzeuggeschwindigkeit v und Lenkrate v_φ aus einer zweiten vorgegebenen Datentafel T₂ , die der Lenkrate v_φ zugeordnet ist, ein zweiter Rückstellmomentenfaktor K_MR2 bestimmt. In gleicher Weise resultiert aus einer dritten vorgegebenen Datentafel T₃ , die dem sensierten Lenkmoment M_sens zugeordnet ist, ein dritter Rückstellmomentenfaktor K_MR3 unter Berücksichtigung der Eingangswerte Fahrzeuggeschwindigkeit v und Lenkmoment M_sens . Schließlich wird mit den Eingangswerten Fahrzeuggeschwindigkeit v und Reibkoeffizient µ der Fahrbahnoberfläche aus einer vierten vorgegebenen Datentafel T₄ , die dem Reibkoeffizienten µ zugeordnet ist, ein vierter Rückstellmomentenfaktor K_MR4 bestimmt.
Im nächsten Verfahrensschritt werden die vier Rückstellmomentenfaktoren K_MR1 , K_MR2 , K_MR3 , K_MR4 jeweils mit einem zugeordneten Gewichtungsfaktor K₁ , K₂ , K₃ , K₄ multipliziert.
Anschließend werden die gewichteten Rückstellmomentenfaktoren miteinander und mit dem Vorzeichen des Lenkradwinkels φ multipliziert. Das Vorzeichen des Lenkradwinkels φ wird über eine Signum-Funktion berücksichtigt, die für negativ definierte Lenkradwinkel φ (z.B. in einer Linkskurve) den Wert -1 und für positiv definierte Lenkradwinkel φ (z.B. in einer Rechtskurve) den Wert +1 annimmt. Dadurch ist sichergestellt, daß das Rückstellmoment M_R stets in Richtung einer Mittenstellung des Lenkrads bzw. einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs wirkt. Das Rückstellmoment M_R , welches als dritte Komponente M₃ in die Berechnung des Stellmoments M_Total für den Motor eingeht (vgl. 1), ergibt sich als: $M_{R} = (K_{MR1} (v, φ) \cdot K_{1}) \cdot (K_{MR2} (v {,v}_{φ}) \cdot K_{2}) \cdot (K_{MR3} (v {,M}_{sens}) \cdot K_{3}) \cdot (K_{MR 4} (v, μ) \cdot K_{4}) \cdot sign (φ)$
Die Ermittlung des Rückstellmoments M_R aus den vier steuerungsrelevanten Parametern φ, v_φ , M_sens , µ gemäß 2 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. In anderen Verfahrensvarianten können neben den genannten Eingangsgrößen Lenkradwinkel φ, Lenkrate v_φ , Lenkmoment M_sens und Reibkoeffizient µ der Fahrbahnoberfläche auch andere geeignete Eingangsgrößen als steuerungsrelevante Parameter einbezogen werden.
Darüber hinaus ist auch die Anzahl der Eingangsgrößen variabel, die als steuerungsrelevant berücksichtigt werden, wobei es sich vorzugsweise um drei oder vier Eingangsgrößen handelt. Insbesondere ist die Berücksichtigung des Reibkoeffizienten µ der Fahrbahnoberfläche optional, da dieser Parameter bei elektrischen Lenksystemen nicht standardmäßig abgeschätzt oder sensiert wird (vgl. 1). In einer vereinfachten Verfahrensvariante ergibt sich dann das aktive Rückstellmoment M_R für den Motor: $M_{R} = (K_{MR1} (v, φ) \cdot K_{1}) \cdot (K_{MR2} (v {,v}_{φ}) \cdot K_{2}) \cdot (K_{MR3} (v {,M}_{sens}) \cdot K_{3}) \cdot sign (φ)$
Der Reibkoeffizient µ geht vorzugsweise nur dann als steuerungsrelevanter Parameter in das Verfahren ein, wenn er für andere Fahrzeugsysteme (z.B. ein elektronisches Stabilitätsprogramm eines Fahrwerkstabilisierungssystems) ohnehin ermittelt wird.
Das ermittelte Rückstellmoment M_R geht als dritte Momentenkomponente M₃ in die Berechnung des Stellmoments M_Total ein (vgl. 1). Schließlich werden der Stellmotor bzw. die Stellmotoren des elektrischen Lenksystems dann so angesteuert, daß sie das berechnete Stellmoment M_Total aufbringen.
Obwohl das Verfahren nur für ein traditionelles Lenkrad beschrieben wurde, sollte klar sein, daß sich das Steuerungsverfahren auf Lenkhandhaben allgemeiner Art bezieht, bei denen ein Lenkradwinkel unter Umständen einer Lenkstrecke und ein Moment (z.B. ein Lenkmoment) einer Kraft (z.B. einer Lenkkraft) entspricht.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Rückstellmoments eines Fahrzeuglenksystems, mit folgenden Verfahrensschritten: a) es wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit (v) ermittelt; b) es werden mehrere steuerungsrelevante Parameter (φ, v_φ, M_sens, µ) ermittelt; c) zu jedem steuerungsrelevanten Parameter (φ, v_φ, M_sens, µ) ist eine Datentafel (T₁, T₂, T₃, T₄) vorgegeben, aus der jeweils in Abhängigkeit von der ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und dem jeweiligen steuerungsrelevanten Parameter (φ, v_φ, M_sens, µ) ein Rückstellmomentenfaktor (K_MR1, K_MR2, K_MR3, K_MR4) bestimmt wird; d) es wird das Vorzeichen eines Lenkradwinkels (φ) ermittelt; e) es wird ein Sollwert für das Rückstellmoment (M_R) zur Mittenzentrierung berechnet, indem alle Rückstellmomentenfaktoren (K_MR1, K_MR2, K_MR3, K_MR4) miteinander und mit dem Vorzeichen des Lenkradwinkels (φ) multipliziert werden;
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b) ein Lenkradwinkel (φ) als steuerungsrelevanter Parameter ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b) eine Lenkrate (v_φ) als steuerungsrelevanter Parameter ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b) ein Lenkmoment (M_sens) als steuerungsrelevanter Parameter ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b) ein Reibkoeffizient (µ) der Fahrbahnoberfläche als steuerungsrelevanter Parameter ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem steuerungsrelevanten Parameter (φ, v_φ, M_sens, µ) ein Gewichtungsfaktor (K₁, K₂, K₃, K₄) vorgegeben ist, wobei die Gewichtungsfaktoren (K₁, K₂, K₃, K₄) im Schritt e) jeweils mit den zugehörigen Rückstellmomentenfaktoren (K_MR1, K_MR2, K_MR3, K_MR4) multipliziert werden.