DE102008032081A1

DE102008032081A1 - Verfahren und System zum Betreiben einer elektromechnischen Lenkung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102008032081A1
Application number: DE200810032081
Authority: DE
Inventors: Stefan Berkner; Barbara Neef
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2010-01-14

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, welche eine Unterstützungskraft (13) bei einer Betätigung der Lenkung (10) durch einen Fahrer bereitstellt, umfasst ein Bestimmen eines Positionssignals (1) einer Lenkeinstellung der Lenkung (10) des Fahrzeugs und ein Bestimmen eines Unterstützungskraftsteuersignals (2) in Abhängigkeit des Positionssignals (1) zum Einstellen der Unterstützungskraft (13) der elektromechanischen Lenkung (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren und ein System zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs und betrifft insbesondere ein Verfahren und ein System zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung bei einem Ausfall eines Drehmomentsensors der elektromechanischen Lenkung.
Bei Fahrzeugen, wie z. B. Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, wird zur Reduzierung der Kraft, die zur Betätigung des Lenkrads des Fahrzeugs insbesondere beim Lenken im Stand, beim Rangieren oder bei geringen Fahrgeschwindigkeiten nötig ist, eine sogenannte Servolenkung verwendet. Die Servolenkung unterstützt den Fahrer beim Lenken, indem die vom Fahrer aufgebrachte Kraft zum Lenken verstärkt wird. Neben den rein mechanischen hydraulisch betriebenen Servolenkungen werden zunehmend elektromechanische Servolenkungen verwendet, da diese einfacher im Motorraum zu installieren sind und durch ihre situations- und bedarfsgerechte Servounterstützung zu einer Kraftstoffersparnis gegenüber rein mechanischen hydraulischen Servolenkungen führen. Darüber hinaus ermöglicht die elektromechanische Lenkung eine Lenkunterstützung z. B. in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Bei einer elektromechanischen Servolenkung, einem sogenannten Electric Power Steering (EPS), wird üblicherweise ein von dem Fahrer des Fahrzeugs auf die Lenkung aufgebrachtes Drehmoment beispielsweise in einer Welle, welche ein Lenkrad der Lenkung mit einem Lenkgetriebe der Lenkung verbindet, bestimmt und in Abhängigkeit von diesem Drehmoment eine Lenkkraftunterstützung durch einen Elektromotor, welcher mit dem Lenkgetriebe gekoppelt ist, bereitgestellt. Das Drehmoment wird üblicherweise mit einem Drehmomentsensor bestimmt. Liegt bei einer elektromechanischen Lenkung ein fehlerhaftes Signal oder ein Ausfall des Drehmomentsensors vor, so muss die Lenkunterstützung abgeschaltet werden, da dann ein sicherer Betrieb nicht mehr möglich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verfügbarkeit einer elektromechanischen Lenkung zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, Anspruch 12, Anspruch 13 oder Anspruch 14 und ein System zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs nach Anspruch 15 oder Anspruch 17 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Die elektromechanische Lenkung stellt bei einer Betätigung der Lenkung durch einen Fahrer eine Unterstützungskraft bereit. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen eines Positionssignals einer Lenkeinstellung der Lenkung und ein Bestimmen eines Unterstützungskraftsteuersignals in Abhängigkeit des Positionssignals, um die Unterstützungskraft der elektromechanischen Lenkung einzustellen. Das Positionssignal kann beispielsweise einen Lenkradwinkel eines Lenkrades des Fahrzeuges, einen Motorwinkel eines Servomotors der elektromechanischen Lenkung, einen Ritzelwinkel eines Servomotors der elektromechanischen Lenkung, einen Ritzelwinkel eines Ritzels eines Lenkgetriebes des Fahrzeugs oder eine Zahnstangenposition einer Zahnstange des Lenkgetriebes des Fahrzeugs umfassen. Da ein derartiges Positionssignal häufig beispielsweise zur Unterstützung eines Navigationssystems oder für ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) des Fahrzeugs mit Hilfe eines geeigneten Sensors ohnehin in der Lenkung gemessen wird, kann auf diese Art und Weise ohne großen Mehraufwand ein Unterstützungskraftsteuersignal zum Einstellen der Unterstützungskraft der elektromechanischen Lenkung in Abhängigkeit des Positionssignals bestimmt werden. Dadurch kann bei einer elektromechanischen Lenkung, bei welcher normalerweise das Unterstützungskraftsteuersignal in Abhängigkeit eines Drehmomentsensors bestimmt wird, auch bei einem Defekt oder Ausfall des Drehmomentsensors die elektromechanische Lenkung weiterhin betrieben werden. Darüber hinaus ist es mit Hilfe des zuvor beschriebenen Verfahrens möglich, eine elektromechanische Lenkung sogar ganz ohne den teuren Drehmomentsensor zu betreiben, indem das Unterstützungskraftsteuersignal einzig in Abhängigkeit des Positionssignals bestimmt wird. Dadurch kann eine besonders kostengünstige Realisierung einer elektromechanischen Lenkung bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Unterstützungskraftsteuersignal anhand einer Kennlinie in Abhängigkeit des Positionssignals bestimmt. Darüber hinaus können auch unterschiedliche Kennlinien verwendet werden, welche beispielsweise in Abhängigkeit von einem gewählten Fahrprogramm des Fahrzeugs verwendet werden, um beispielsweise eine sportliche Lenkcharakteristik oder eine komfortbetonte Lenkcharakteristik bereitzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen eines Geschwindigkeitssignals einer Lenkungsverstellung der Lenkung und ein Bestimmen des Unterstützungskraftsteuersignals ferner in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssignals. Das Geschwindigkeitssignal kann beispielsweise eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit eines Lenkrades, eine Motorwinkelgeschwindigkeit eines Servomotors der elektromechanischen Lenkung, eine Ritzelgeschwindigkeit eines Ritzels eines Lenkgetriebes des Fahrzeugs oder eine Zahnstangengeschwindigkeit einer Zahnstange des Lenkgetriebes umfassen. Das Geschwindigkeitssignal kann wahlweise direkt mit Hilfe eines geeigneten Sensors an der Lenkung bestimmt werden oder alternativ durch Differenzieren aus dem Positionssignal bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Unterstützungskraftsteuersignal zum Einstellen der Unterstützungskraft der elektromechanischen Lenkung anhand einer Kennlinie in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssignals bestimmt werden.
Darüber hinaus kann das Unterstützungskraftsteuersignal auf einen vorbestimmten Wert gesetzt werden, durch den die Unterstützungskraft der elektromechanischen Lenkung auf Null eingestellt wird, d. h. keine elektromechanische Unterstützung stattfindet, wenn anhand des Positionssignals und des Geschwindigkeitssignals bestimmt wird, dass die Lenkung des Fahrzeugs in Richtung einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs eingestellt wird. So kann beispielsweise die Unterstützungskraft auf Null eingestellt werden, wenn aufgrund des Positionssignals festgestellt wird, dass die Lenkung derzeit nach rechts eingeschlagen ist, und zusätzlich aufgrund des Geschwindigkeitssignals festgestellt wird, dass die Lenkung derzeit nach links, d. h. in Richtung einer Geradeausfahrt, bewegt wird. Umgekehrt kann die Unterstützungskraft durch das Unterstützungskraftsteuersignal auf Null eingestellt werden, wenn anhand des Positionssignals festgestellt wird, dass die Lenkung derzeit nach links eingeschlagen ist, und aufgrund des Geschwindigkeitssignals bestimmt wird, dass die Lenkung nach rechts gedreht wird. Da im Allgemeinen durch eine Lenkungsgeometrie des Fahrzeugs, wie zum Beispiel Vorlauf und Spur, bei einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs eine Rückstellkraft auf die Lenkung über die gelenkten Räder ausgeübt wird, welche die Lenkung in Richtung einer Geradeausfahrt zurückstellt, ist in diesem Zustand der Lenkung keine Unterstützungskraft erforderlich. Dieser Zustand kann über das Positionssignal und das Geschwindigkeitssignal erkannt werden und dementsprechend die Unterstützungskraft der elektromechanischen Lenkung auf Null eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zusätzlich ein Bestimmen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, welches eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt, und ein Bestimmen des Unterstützungskraftsteuersignals zusätzlich in Abhängigkeit des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals. Das Unterstützungskraftsteuersignal kann beispielsweise anhand eines Kennfeldes in Abhängigkeit des Positionssignals und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals bestimmt werden. So kann beispielsweise bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten, welche üblicherweise beim Rangieren oder Einparken des Fahrzeugs auftreten, eine größere Unterstützungskraft bereitgestellt werden, wohingegen bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten, beispielsweise bei Geschwindigkeiten von mehr als 30 km/h, eine geringere Unterstützungskraft der Lenkung bereitgestellt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Filtern des bestimmten Unterstützungskraftsteuersignals, wobei durch das Filtern eine zeitliche Änderung des Unterstützungskraftsteuersignals begrenzt wird. Somit wird der Gradient der Unterstützungskraft begrenzt. Dies verhindert abrupte Lenkbewegungen des Fahrers, welche durch starke Unterstützungskraftunterschiede bewirkt werden kann, und trägt somit zu einer Erhöhung der Fahrstabilität bei.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein weiteres Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei die elektromechanische Lenkung eine Unterstützungskraft bei einer Betätigung der Lenkung durch einen Fahrer bereitstellt. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen, ob ein Drehmomentsensor der elektromechanischen Lenkung zum Erfassen eines Drehmoments einer Lenkung funktionsfähig ist. Wenn der Drehmomentsensor funktionsfähig ist, wird ein Unterstützungskraftsteuersignal zum Einstellen der Unterstützungskraft der elektromechanischen Lenkung in Abhängigkeit eines Signals von dem Drehmomentsensor bestimmt. Wenn der Drehmomentsensor hingegen nicht funktionsfähig ist, wird das Unterstützungskraftsteuersignal wie in dem obigen Verfahren beschrieben zumindest aus einer Bestimmung eines Positionssignals einer Lenkeinstellung der Lenkung des Fahrzeugs bestimmt. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann auch bei einem Ausfall des Drehmomentsensors der Lenkung eine Lenkkraftunterstützung bereitgestellt werden, wodurch ein Notlauf der Lenkung zur Erhöhung der Verfügbarkeit der Lenkkraftunterstützung sichergestellt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, welche eine Unterstützungskraft bei einer Betätigung der Lenkung durch einen Fahrer bereitstellt, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen einer Gierrate des Fahrzeugs und ein Bestimmen einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs. Aus der Gierrate des Fahrzeugs und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs wird ein Unterstützungskraftsteuersignal zum Einstellen der Unterstützungskraft der elektromechanischen Lenkung bestimmt. Da die Gierrate und Querbeschleunigung des Fahrzeugs bei vielen Fahrzeugen als Messwerte zur Verfügung stehen, beispielsweise in Fahrzeugen mit einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP), ist auf diese Art und Weise eine kostengünstige Realisierung für eine Bestimmung eines Unterstützungskraftsteuersignals der elektromechanischen Lenkung möglich.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, welche eine Unterstützungskraft bei einer Betätigung der Lenkung durch einen Fahrer bereitstellt, umfasst ein Bestimmen, ob ein Drehmomentsensor der elektromechanischen Lenkung zum Erfassen eines Drehmoments einer Lenkung funktionsfähig ist, und ein Bestimmen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Wenn der Drehmomentsensor funktionsfähig ist, wird ein Unterstützungskraftsteuersignal in Abhängigkeit eines Signals von dem Drehmomentsensor bestimmt und die Unterstützungskraft der elektromechanischen Lenkung gemäß dem Unterstützungskraftsteuersignal eingestellt. Wenn der Drehmomentsensor nicht funktionsfähig ist und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal eine Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt, welche über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, wird das Unterstützungskraftsteuersignal wie zuvor beschrieben in Abhängigkeit der Gierrate und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmt. Der vorbestimmte Schwellenwert für die Fahrzeuggeschwindigkeit kann beispielsweise in einem Bereich von 10–50 km/h liegen, und beträgt vorzugsweise 20 km/h. Wenn der Drehmomentsensor nicht funktionsfähig ist und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal eine Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt, welche unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt, so wird das Unterstützungskraftsteuersignal derart eingestellt, dass die Unterstützungskraft der elektromechanischen Lenkung Null ist.
Bei diesem Verfahren wird bei einem Ausfall des Drehmomentsensors der elektromechanischen Lenkung die Unterstützungskraft in Abhängigkeit der Gierrate und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs bereitgestellt, sofern diese Werte zuverlässig vorliegen. Dazu wird überprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, da die Querbeschleunigung und die Gierrate nur für ein sich bewegendes Fahrzeug zuverlässig bestimmt werden können. Darüber hinaus kann beispielsweise auch ein Schwimmwinkel des Fahrzeugs bestimmt werden und nur dann die Unterstützungskraft anhand der Querbeschleunigung und Gierrate eingestellt werden, wenn der Schwimmwinkel unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt, d. h., wenn sich das Fahrzeug in einem fahrdynamisch stabilen Zustand befindet. Mit Hilfe des zuvor beschriebenen Verfahrens kann somit bei einem Ausfall des Drehmomentsensors der elektromechanischen Lenkung auf Sensoren eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) zurückgegriffen werden, um einen Notlaufbetrieb der elektromechanischen Lenkung aufrecht zu erhalten. Anhand der Querbeschleunigung und der Gierrate wird beispielsweise die an der Zahnstange der Lenkung anliegende Kraft gestimmt, um daraus eine entsprechende Unterstützungskraft bei einer Betätigung der Lenkung für den Fahrer bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein System zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Die elektromechanische Lenkung stellt eine Unterstützungskraft bei einer Betätigung der Lenkung durch einen Fahrer bereit. Das System umfasst eine Positionsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen eines Positionssignals einer Lenkeinstellung der Lenkung des Fahrzeugs und eine Steuervorrichtung, welche mit der Positionsbestimmungsvorrichtung und der elektromechanischen Lenkung gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung erzeugt im Betrieb ein Unterstützungskraftsteuersignal in Abhängigkeit des Positionssignals und stellt damit die Unterstützungskraft der elektromechanischen Lenkung ein. Darüber hinaus kann das System zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, welches ein Bestimmen eines Positionssignals einer Lenkeinstellung der Lenkung des Fahrzeugs umfasst, ausgestaltet sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein System zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs bereitgestellt, welches eine Gierraten-Bestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer Gierrate des Fahrzeugs, eine Querbeschleunigungsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs und eine Steuervorrichtung, welche mit der Gierraten-Bestimmungsvorrichtung der Querbeschleunigungsbestimmungsvorrichtung und der elektromechanischen Lenkung gekoppelt ist, umfasst. Die Steuervorrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie ein Unterstützungskraftsteuersignal in Abhängigkeit der Gierrate und der Querbeschleunigung erzeugt und damit eine Unterstützungskraft der elektromechanischen Lenkung bei einer Betätigung der Lenkung durch einen Fahrer einstellt. Das System kann darüber hinaus zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens, welches ein Bestimmen des Unterstützungskraftsteuersignals in Abhängigkeit der Gierrate und der Querbeschleunigung umfasst, ausgestaltet sein.
Die erfindungsgemäßen Systeme stellen einen zuverlässigen und kostengünstigen Notlaufbetrieb der elektromechanischen Servolenkung bei einem fehlerhaften Drehmomentsensor bereit, indem auf Sensorsignale zurückgegriffen wird, welche in modernen Fahrzeugen üblicherweise ohnehin verfügbar sind, wie zum Beispiel einen Positionsbestimmungssensor zum Bestimmen eines Positionssignals einer Lenkeinstellung der Lenkung oder einen Gierratensensor und einen Querbeschleunigungssensor oder einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor. Diese Sensoren werden beispielsweise im Zusammenhang mit einem Navigationssystem des Fahrzeugs, einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) des Fahrzeugs oder dergleichen im Fahrzeug verbaut.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Systems zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Systems zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein System 21 zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs. Das System 21 umfasst eine Lenkung 10, welche beispielsweise ein Lenkrad, eine Lenkwelle zum Übertragen einer Drehung des Lenkrades zu einem Lenkgetriebe und das Lenkgetriebe umfasst. An der Lenkwelle ist ein Drehmomentsensor 9 angebracht, welcher ein Drehmoment 14 an der Welle der Lenkung 10 erfasst. Der Drehmomentsensor 9 liefert in Abhängigkeit des erfassten Drehmoments 14 ein Drehmomentsignal 12 zu einer Steuervorrichtung 26. Die Steuervorrichtung 26 ist derart ausgestaltet, dass sie ein Unterstützungskraftsteuersignal 11 in Abhängigkeit des Drehmomentsignals 12 bestimmt. Über eine Umschalteinheit 28 kann das Unterstützungskraftsteuersignal 11 einem Servoantrieb 27 zugeführt werden, welcher eine entsprechende Unterstützungskraft 13 für die Lenkung 10 bereitstellt. Die Steuervorrichtung 26 ist ferner derart ausgestaltet, dass sie eine Fehlfunktion oder einen Ausfall des Drehmomentsensors 9 erfassen kann. Bei einem erfassten Ausfall oder Defekt des Drehmomentsensors 9 steuert die Steuervorrichtung 26 die Umschalteinheit 28 über das Umschaltsignal 29 derart an, dass statt des Unterstützungskraftsteuersignals 11 dem Servoantrieb 27 ein Unterstützungskraftsteuersignal 2 von einem weiteren Eingang der Umschalteinheit 28 zugeführt wird. Das Unterstützungskraftsteuersignal 2 wird, wie nachfolgend beschrieben, bestimmt.
Eine Lenkeinstellung 19, welche beispielsweise von einem Ritzet des Lenkgetriebes oder einer Zahnstangenposition des Lenkgetriebes oder einem Winkel des Servoantriebs 27 oder einem Lenkradwinkel des Lenkrades des Fahrzeugs mit Hilfe eines geeigneten Sensors erfasst wird, wird einer Positionsbestimmungsvorrichtung 18 und einer Geschwindigkeitsbestimmungsvorrichtung 30 zugeführt. Die Positionsbestimmungsvorrichtung 18 ermittelt daraus ein Positionssignal 1, welches eine absolute Lenkeinstellung der Lenkung 10 des Fahrzeugs darstellt. Die Geschwindigkeitsbestimmungsvorrichtung 30 bestimmt aus der Lenkeinstellung 19 ein Geschwindigkeitssignal 4, welches eine aktuelle Geschwindigkeit einer Lenkungsverstellung der Lenkung 10 darstellt. Das Positionssignal 1 und das Geschwindigkeitssignal 4 werden einer Steuervorrichtung 20 zugeführt. In der Steuervorrichtung 20 wird das Positionssignal 1 einer Einheit 31 zugeführt, welche bestimmt, ob der aktuelle Lenkungseinschlag bezogen auf eine Geradeausfahrt des Fahrzeugs eine Rechtseinstellung oder eine Linkseinstellung ist. Das Geschwindigkeitssignal 4 wird einer Einheit 32 der Steuervorrichtung 20 zugeführt, welche bestimmt, ob eine aktuelle Lenkungsverstellung der Lenkung 10 eine Rechtsverstellung oder eine Linksverstellung ist. Entsprechende Ausgaben der Einheiten 31 und 32 werden einem Vergleicher 33 zugeführt. Über einen Ausgang des Vergleichers 33 wird, wie nachfolgend beschrieben, eine Umschalteinheit 34 angesteuert, welche in Abhängigkeit der Ansteuerung von dem Vergleicher 33 ein Signal 36 oder ein Signal 37 zu einem Kombinierer 35 durchschaltet.
Wenn die Einheit 31 eine Rechtseinstellung bestimmt hat, d. h., dass die Lenkung 10 nach rechts ausgelenkt ist, und die Einheit 32 eine Linksverstellung bestimmt hat, d. h., dass sich das Lenkrad derzeit in einer Linksdrehung befindet, steuert der Vergleicher 33 die Umschalteinheit 34 derart an, dass das Signal 37 zu dem Kombinierer 35 durchgeschaltet wird. Wenn die Einheit 31 eine Linkseinstellung bestimmt hat, d. h., dass die Lenkung 10 nach links ausgelenkt ist, und die Einheit 32 eine Rechtsverstellung bestimmt hat, d. h., dass sich das Lenkrad derzeit in einer Rechtsdrehung befindet, steuert der Vergleicher 33 die Umschalteinheit 34 ebenfalls derart an, dass das Signal 37 zu dem Kombinierer 35 durchgeschaltet wird. In allen anderen Fällen von Ausgaben der Einheiten 31 und 32 steuert der Vergleicher 33 hingegen die Umschalteinheit 34 derart an, dass sie das Signal 36 zu dem Kombinierer 35 durchschaltet.
Dies bedeutet, dass immer dann, wenn die Lenkung aus einem ausgelenkten Zustand in einen nicht ausgelenkten Zustand, d. h. in einen Zustand für eine Geradeausfahrt des Fahrzeugs, zurückgedreht wird, die Umschalteinheit 34 derart angesteuert, dass sie das Signal 37 zu dem Kombinierer 35 durchschaltet. In allen anderen Fällen, d. h., wenn das Lenkrad beispielsweise nicht bewegt wird oder von einer Geradeausfahrt wegbewegt wird, wird die Umschalteinheit 34 derart angesteuert, dass sie das Signal 36 zu dem Kombinierer 35 durchschaltet.
Das Positionssignal 1 wird ferner einer Einheit 3 der Steuervorrichtung 20 zugeführt, welche mit Hilfe einer Kennlinie aus dem Positionssignal 1 ein Unterstützungskraftsteuersignal 36 zum Ansteuern eines Servoantriebs der Lenkung 10 als Signal 36 ausgibt. Das Signal 37 umfasst hingegen ein konstantes Unterstützungskraftsteuersignal, welches eine Unterstützungskraft der Größe Null einstellt. Dieses Nullsignal wird beispielsweise von einer entsprechenden Einheit 6 bereitgestellt. Somit wird in Abhängigkeit davon, ob das Lenkrad in Richtung einer Geradeausfahrt zurückgedreht wird oder nicht, über die Umschalteinheit 34 entweder ein Unterstützungskraftsteuersignal 36 in Abhängigkeit des Positionssignals 1 bereitgestellt oder ein Unterstützungskraftsteuersignal 37 der Größe Null bereitgestellt. Da bei einem Zurückdrehen der Lenkung von einem ausgelenkten Zustand in Richtung einer Geradeausfahrt aufgrund von Spur- und Sturzeinstellungen der Räder des Fahrzeugs ohnehin eine Rückstellkraft in Richtung der Geradeausfahrt wirkt, kann in diesem Fall das Unterstützungskraftsteuersignal derart gewählt werden, dass keine Unterstützungskraft erzeugt wird. In allen anderen Fällen ist jedoch eine Unterstützungskraft hilfreich, welche beispielsweise über die Kennlinie 3 aus dem Positionssignal bestimmt wird.
Die Steuervorrichtung 20 umfasst ferner eine Einheit 5 zur Bestimmung eines Unterstützungskraftsteuersignals 38 anhand einer Kennlinie in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitssignal 4. Weiterhin umfasst die Steuervorrichtung 20 eine Einheit 39 zur Bestimmung eines Unterstützungskraftsteuersignals 40 in Abhängigkeit von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 7. Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal kann beispielsweise von einem Getriebe des Fahrzeugs der Steuervorrichtung 20 zugeführt werden. In dem Kombinierer 35 werden dann entweder das Signal 36 oder das Signal 37 und die Unterstützungssteuerkraftsignale 38 und 40 miteinander kombiniert. Das Kombinieren kann beispielsweise durch Multiplizieren der einzelnen Werte erfolgen. Das kombinierte Unterstützungskraftsteuersignal wird dann einem Filter 8 zugeführt, welches eine zeitliche Änderung des kombinierten Unterstützungskraftsteuersignals begrenzt. Dieses gefilterte Unterstützungskraftsteuersignal wird als Unterstützungskraftsteuersignal 2 aus der Steuervorrichtung 20 dem weiteren Eingang der Umschalteinheit 28 zugeführt.
Wie zuvor beschrieben, schaltet die Umschalteinheit 28 in Abhängigkeit einer korrekten Funktionsweise des Drehmomentsensors 9 entweder das Unterstützungskraftsteuersignal 11, welches anhand des Drehmomentsensors 9 bestimmt wurde, oder das Unterstützungskraftsteuersignal 2, welches von der Steuervorrichtung 20 anhand des Positionssignals, des Geschwindigkeitssignals und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals bestimmt wurde, zu dem Servoantrieb 27 durch.
Alternativ zu den Kennlinien der Einheiten 3 und 7 kann ein Unterstützungskraftsteuersignal auch anhand eines Kennfeldes in Abhängigkeit des Positionssignals 1 und der Fahrzeuggeschwindigkeit 7 ermittelt werden. Das Kennfeld kann beispielsweise durch positionsabhängige Einzelkennlinien für verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten, zwischen denen fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig interpoliert wird, realisiert werden.
Durch den Kombinierer 35 wird die Unterstützungskraft in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssignals 4 und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 7 skaliert, um eine Anpassung an die aktuelle Fahrsituation zu erreichen.
Durch das Filtern des Unterstützungskraftsteuersignals in dem Filter 8 werden plötzliche Änderungen in der Unterstützungskraft vermieden und somit eine Fahrstabilität erhöht.
Das Geschwindigkeitssignal 4 kann alternativ auch durch zeitliches Differenzieren aus dem Positionssignal 1 bestimmt werden, wenn es nicht als direkte Messgröße zur Verfügung steht.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Systems 25 zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs. Das System 25 umfasst, ähnlich wie das zuvor beschriebene System 21, eine Lenkung 10, eine Steuervorrichtung 26, einen Drehmomentsensor 9, eine Umschalteinheit 28 und einen Servoantrieb 27. Einen an einer Welle der Lenkung 10 auftretendes Drehmoment 14 wird mit Hilfe des Drehmomentsensors 9 erfasst und als ein Drehmomentsignal 12 der Steuervorrichtung 26 zugeführt. Solange der Drehmomentsensor 9 ein korrektes Signal liefert, steuert die Steuervorrichtung 26 die Umschalteinheit 28 derart an, dass ein Unterstützungskraftsteuersignal 11, welches von der Steuervorrichtung 26 in Abhängigkeit des erfassten Drehmoments 14 bestimmt wurde, zu dem Servoantrieb 27 durchgeschaltet wird. Wenn die Steuervorrichtung 26 hingegen erkennt, dass der Drehmomentsensor 9 kein korrektes Signal liefert oder ausgefallen ist, steuert die Steuervorrichtung 26 die Umschalteinheit 28 derart an, dass sie ein Unterstützungskraftsteuersignal 17 zu dem Servoantrieb 27 durchschaltet.
Das Unterstützungskraftsteuersignal 17 wird von einer Steuervorrichtung 24 erzeugt. Dazu empfängt die Steuervorrichtung 24 eine Gierrate 15 von einer Gierratenbestimmungsvorrichtung 22 des Fahrzeugs und eine Querbeschleunigung 16 von einer Querbeschleunigungsbestimmungsvorrichtung 23 des Fahrzeugs. Weiterhin empfängt die Steuervorrichtung 24 ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 7, welches beispielsweise von einem Getriebe des Fahrzeugs bereitgestellt wird. Anhand der Querbeschleunigung 16 und der Gierrate 15 bestimmt die Steuervorrichtung 24 eine an der Zahnstange der Lenkung anliegende Kraft. Aus dieser an der Zahnstange der Lenkung anliegenden Kraft kann dann ein Unterstützungskraftsteuersignal 17 für einen Notlaufbetrieb der elektromechanischen Servolenkung bei einem fehlerhaften Drehmomentsensor 9 bestimmt werden. Da jedoch die Querbeschleunigung 16 und die Gierrate 15 nur während einer Fahrt des Fahrzeugs zuverlässig bestimmt werden können, gibt die Steuervorrichtung 24 nur dann ein Unterstützungskraftsteuersignal 17 aus, wenn anhand des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 7 festgestellt wurde, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert von beispielsweise 20 km/h überschreitet. Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung 24 auch mit einer Vorrichtung für ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) gekoppelt sein, um von dieser Vorrichtung einen Schwimmwinkel des Fahrzeugs zu erhalten. In diesem Fall gibt die Steuervorrichtung 24 das Unterstützungskraftsteuersignal 17 zusätzlich nur dann aus, wenn der Schwimmwinkel des Fahrzeugs unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, d. h., dass sich das Fahrzeug in einem fahrdynamisch stabilen Zustand befindet.
Da eine Gierratenbestimmungsvorrichtung 22 und eine Querbeschleunigungsbestimmungsvorrichtung 23 üblicherweise in einem Fahrzeug vorhanden sind, wenn das Fahrzeug über ein ESP verfügt, kann mit Hilfe des zuvor gezeigten Systems 25 eine Lenkunterstützung einer elektromechanischen Lenkung auch bei einem fehlerhaften Signal des Drehmomentsensors 9 bereitgestellt werden.

1: Positionssignal
2: Unterstützungskraftsteuersignal
3: Kennlinie
4: Geschwindigkeitssignal
5: Kennlinie
6: Wert Null
7: Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
8: Filter
9: Drehmomentsensor
10: Lenkung
11: Unterstützungskraftsteuersignal
12: Drehmomentsignal
13: Unterstützungskraft
14: Drehmoment
15: Gierrate
16: Querbeschleunigung
17: Unterstützungskraftsteuersignal
18: Positionsbestimmungsvorrichtung
19: Lenkeinstellung
20: Steuervorrichtung
21: System
22: Gierratenbestimmungsvorrichtung
23: Querbeschleunigungsbestimmungsvorrichtung
24: Steuervorrichtung
25: System
26: Steuervorrichtung
27: Servoantrieb
28: Umschalteinheit
29: Umschaltsignal
30: Geschwindigkeitsbestimmungsvorrichtung
31: Einheit zur Rechts-/Linkspositionsbestimmung
32: Einheit zur Rechts-/Linksdrehungsbestimmung
33: Vergleicher
34: Umschalteinheit
35: Kombinierer
36, 37: Signal, Unterstützungskraftsteuersignal
38: Unterstützungskraftsteuersignal

Claims

Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, welche eine Unterstützungskraft (13) bei einer Betätigung der Lenkung (10) durch einen Fahrer bereitstellt, gekennzeichnet durch: – Bestimmen eines Positionssignals (1) einer Lenkeinstellung (19) der Lenkung (10) des Fahrzeugs und – Bestimmen eines Unterstützungskraftsteuersignals (2, 36) in Abhängigkeit des Positionssignals (1) zum Einstellen der Unterstützungskraft (13) der elektromechanischen Lenkung (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionssignal (1) einen Lenkradwinkel eines Lenkrades des Fahrzeugs, einen Motorwinkel eines Servomotors (27) der elektromechanischen Lenkung (10), einen Ritzelwinkel eines Ritzels eines Lenkgetriebes des Fahrzeugs oder eine Zahnstangenposition einer Zahnstange des Lenkgetriebes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterstützungskraftsteuersignal (2, 36) anhand einer Kennlinie (3) in Abhängigkeit des Positionssignals (1) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst: – Bestimmen eines Geschwindigkeitssignals (4) einer Lenkungsverstellung der Lenkung (10) des Fahrzeugs, und – Bestimmen des Unterstützungskraftsteuersignals (2, 38) ferner in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssignals (4).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitssignal (4) eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit eines Lenkrades des Fahrzeugs, eine Motorwinkelgeschwindigkeit eines Servomotors (27) der elektromechanischen Lenkung (10), eine Ritzelwinkelgeschwindigkeit eines Ritzels eines Lenkgetriebes des Fahrzeugs oder eine Zahnstangengeschwindigkeit einer Zahnstange des Lenkgetriebes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitssignal (4) durch Differenzieren aus dem Positionssignal (1) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterstützungskraftsteuersignal (2, 38) ferner anhand einer Kennlinie (5) in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssignal (4) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterstützungskraftsteuersignal (2) auf einen Wert (6) gesetzt wird, wodurch die Unterstützungskraft (13) der elektromechanischen Lenkung (10) auf Null eingestellt wird, wenn anhand des Positionssignals (1) und des Geschwindigkeitssignals (4) bestimmt wird, dass die Lenkung (10) des Fahrzeugs in Richtung einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst: – Bestimmen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals (7) einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs und – Bestimmen des Unterstützungskraftsteuersignals (2, 40) ferner in Abhängigkeit des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals (7).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterstützungskraftsteuersignal (2, 36, 40) anhand eines Kennfeldes (3, 7) in Abhängigkeit des Positionssignals (1) und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals (7) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner ein Filtern (8) des bestimmten Unterstützungskraftsteuersignals (2) umfasst, wobei durch das Filtern (8) eine zeitliche Änderung des Unterstützungskraftsteuersignals (2) begrenzt wird.
Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, welche eine Unterstützungskraft (13) bei einer Betätigung der Lenkung (10) durch einen Fahrer bereitstellt, gekennzeichnet durch: – Bestimmen, ob ein Drehmomentsensor (9) der elektromechanischen Lenkung (10) zum Erfassen eines Drehmoments (14) an der Lenkung (10) funktionsfähig ist, – Bestimmen eines Unterstützungskraftsteuersignals (11) in Abhängigkeit eines Signals (12) von dem Drehmomentsensor (9) zum Einstellen der Unterstützungskraft (13) der elektromechanischen Lenkung (10), wenn der Drehmomentsensor (9) funktionsfähig ist, und – Bestimmen des Unterstützungskraftsteuersignals (2) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, wenn der Drehmomentsensor (9) nicht funktionsfähig ist.
Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, welche eine Unterstützungskraft (13) bei einer Betätigung der Lenkung (10) durch einen Fahrer bereitstellt, gekennzeichnet durch: – Bestimmen einer Gierrate (15) des Fahrzeugs, – Bestimmen einer Querbeschleunigung (16) des Fahrzeugs, und – Bestimmen eines Unterstützungskraftsteuersignals (17) zum Einstellen der Unterstützungskraft (13) der elektromechanischen Lenkung (10) in Abhängigkeit der Gierrate (15) und der Querbeschleunigung (16).
Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, welche eine Unterstützungskraft (13) bei einer Betätigung der Lenkung (10) durch einen Fahrer bereitstellt, gekennzeichnet durch: – Bestimmen, ob ein Drehmomentsensor (9) der elektromechanischen Lenkung (10) zum Erfassen eines Drehmoments (14) an der Lenkung (10) funktionsfähig ist, – Bestimmen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals (7) einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, – Bestimmen eines Unterstützungskraftsteuersignals (11) in Abhängigkeit eines Signals von dem Drehmomentsensor (9) zum Einstellen der Unterstützungskraft (13) der elektromechanischen Lenkung (10), wenn der Drehmomentsensor (9) funktionsfähig ist, und – Bestimmen des Unterstützungskraftsteuersignals (17) gemäß dem Verfahren nach Anspruch 13, wenn der Drehmomentsensor (9) nicht funktionsfähig ist und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal (7) eine Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt, welche über einem vorbestimmten Wert liegt.
System zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, welche eine Unterstützungskraft (13) bei einer Betätigung der Lenkung (10) durch einen Fahrer bereitstellt, umfassend: – eine Positionsbestimmungsvorrichtung (18) zum Bestimmen eines Positionssignals (1) einer Lenkeinstellung (19) der Lenkung (10) des Fahrzeugs und – eine Steuervorrichtung (20), welche mit der Positionsbestimmungsvorrichtung (18) und der elektromechanischen Lenkung (10) gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung (20) ausgestaltet ist, ein Unterstützungskraftsteuersignal (2) in Abhängigkeit des Positionssignals (1) zu erzeugen und damit die Unterstützungskraft (13) der elektromechanischen Lenkung (10) einzustellen.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das System (21) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–12 ausgestaltet ist.
System zum Betreiben einer elektromechanischen Lenkung eines Fahrzeugs, welche eine Unterstützungskraft (13) bei einer Betätigung der Lenkung (10) durch einen Fahrer bereitstellt, umfassend: – eine Gierratenbestimmungsvorrichtung (22) zum Bestimmen einer Gierrate (15) des Fahrzeugs, – eine Querbeschleunigungsbestimmungsvorrichtung (23) zum Bestimmen einer Querbeschleunigung (16) des Fahrzeugs, und – eine Steuervorrichtung (24), welche mit der Gierratenbestimmungsvorrichtung (22), der Querbeschleunigungsbestimmungsvorrichtung (23) und der elektromechanischen Lenkung (10) gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung (24) ausgestaltet ist, ein Unterstützungskraftsteuersignal (17) in Abhängigkeit der Gierrate (15) und der Querbeschleunigung (16) zu erzeugen und damit die Unterstützungskraft (13) der elektromechanischen Lenkung (10) einzustellen.
System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das System (25) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 oder 14 ausgestaltet ist.