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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Leistungseinheit
eines Fahrzeug-Lenksystems, insbesondere eines Lenksystems für ein Fahrzeug
mit Anhängerkupplung.
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Bei
modernen hydraulischen oder elektrischen Lenksystemen ist die Steuerung
des Lenksystems abhängig
von verschiedenen lenkungsrelevanten Parametern wie z. B. Lenkwinkel,
Lenkmoment oder Fahrzeuggeschwindigkeit. Der funktionale Zusammenhang
wird in Kennfeldern abgelegt und bestimmt das Lenkverhalten des
Fahrzeuges.
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Wird
an ein Fahrzeug ein Anhänger
angehängt,
so kann dies das Lenkverhalten des Fahrzeugs signifikant verändern. Der
Fahrer erfährt
ein verändertes
Lenkgefühl
und muß sich
an diese Veränderung
schnell anpassen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, auf einfache und kostengünstige Weise den Betrieb eines
Lenksystems dahingehend zu verbessern, dass bei Anhängerbetrieb
dem Fahrer ein gewohntes Lenkgefühl vermittelt
oder die Kontrolle über
das Fahrzeug verbessert wird
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
dient zur Steuerung einer Leistungseinheit eines Fahrzeug-Lenksystems,
und umfasst die Schritte: Ermitteln von mindestens einem lenkungsrelevanten
Parameter oder einer mathematischen Ableitung eines solchen Parameters
nach der Zeit, Ermitteln eines Zusatzparameters, der abhängig von
einer Anhängerlast
ist, und Bestimmen einer Stellgröße für das Lenksystem
des Fahrzeugs in Abhängigkeit
des mindestens einen lenkungsrelevanten Parameters und des Zusatzparameters.
Mit diesem Verfahren ist es auf einfache Art und Weise möglich, die
Steuerung einer Leistungseinheit eines Lenksystems in Abhängigkeit
von einem an das Fahrzeug angekuppelten Anhänger zu verändern, wodurch bei Anhängerbetrieb
für den
Fahrer ein gewohntes Lenkgefühl
geschaffen und/oder die Kontrolle des Fahrzeugs durch den Fahrer
verbessert wird.
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Bei
der Leistungseinheit kann es sich um eine Pumpeneinheit handeln,
die mechanisch angetrieben wird, z. B. durch den Verbrennungsmotor
des Fahrzeugs. Eine solche Pumpeneinheit umfasst ein Magnetventil,
auf welches dann die Stellgröße einwirkt.
Mittels der auf das Magnetventil wirkenden Stellgröße kann
der Pumpenvolumenstrom geregelt werden.
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Alternativ
kann es sich bei der Leistungseinheit um ein sogenanntes Motor-Pumpen-Aggregat (MPA)
handeln, bei dem die Pumpe durch einen Elektromotor angetrieben
wird. In diesem Fall kann die Stellgröße eine Drehzahl und/oder ein
Antriebsmoment für
den Elektromotor sein.
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Gemäß einer
weiteren Variante kann es sich bei der Leistungseinheit um einen
Elektromotor handeln, der mit einem Aktuator eines Lenkgetriebes
zusammenwirkt. Der Aktuator ist z. B. eine Zahnstange des Lenkgetriebes.
Das Zusammenwirken von Elektromotor und Aktuator bzw. Lenkgetriebe
kann über eine
geeignete Kopplung erfolgen. Anders ausgedrückt, kann der Elektromotor
mit dem Aktuator bzw. mit der Zahnstange gekoppelt sein. Falls der
Elektromotor mit dem Aktuator permanent gekoppelt ist, dann ist
zB. ein „stand-by-Modus”, in dem
auf den Aktuator keine Lenkhilfeunterstützung ausgeübt wird, dadurch realisierbar,
dass der Elektromotor nicht angetrieben wird.
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Erfindungsgemäß kann es
sich bei der Stellgröße um ein
Drehmoment und/oder eine Drehzahl für einen Elektromotor handeln,
der direkt oder indirekt auf das Lenkgetriebe wirkt. Eine direkte
Wirkung des Elektromotors auf das Lenkgetriebe ist bei einem elektromechanischen
Fahrzeuglenksystem gegeben. In diesem Fall kann die Stellgröße eine
Drehzahl, ein Drehmoment, ein Unterstützungsmoment oder auch ein
Rückstellmoment
sein, das auf die Zahnstange des Lenksystems wirkt. Falls das Lenksystem
auf einem elektrohydraulischen Prinzip beruht, kann die Stellgröße ein Volumenstrom
sein, der von einer Pumpe für
einen Hydraulikkreislauf dieses Lenksystems gefördert wird. Des weiteren kann
bei einem elektrohydraulischen Lenksystem die Stellgröße durch
eine Dämpfung
gebildet sein, die auf den Hydraulikkreislauf wirkt. Ungeachtet
dessen, welchen Typs das Lenksystem ist, kann die Stellgröße auch
ein automatisches aktives Lenkmoment hervorrufen.
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Der
lenkungsrelevante Parameter kann aus der Geschwindigkeit des Fahrzeugs
und/oder aus einem jeweils gewählten
Lenkwinkel gebildet sein. Optional kann der lenkungsrelevante Parameter
auch aus einer mathematischen Ableitung der vorstehend genannten
Größen nach
der Zeit gebildet sein, z. B. als Lenkwinkelgeschwindigkeit. Falls
die Leistungseinheit einen Elektromotor aufweist, der direkt oder indirekt
auf das Lenksystem einwirkt, kann der lenkungsrelevante Parameter
auch aus einem Antriebsmoment, das auf den Elektromotor wirkt, gebildet sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante der
Erfindung ist der Zusatzparameter, der von der Anhängerlast
des Fahrzeugs abhängig
ist, eine binäre
Größe, die
bei einem an das Fahrzeug angekoppelten Anhänger einen ersten Wert und
ohne Anhänger
einen zweiten Wert annimmt. Auf diese Weise kann die Steuerung des
Lenksystems des Fahrzeugs zwischen einer Steuerung „ohne Anhänger” und einer
Steuerung „mit
Anhänger” umgeschaltet
werden.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann in Schritt c) die
Bestimmung der Stellgröße über ein
vorgegebenes Kennfeld erfolgen, in dem eine Mehrzahl von Datenwerten
gespeichert sind, die von den lenkungsrelevanten Parametern abhängen. Das vorgegebene
Kennfeld wird insbesondere für
den Fall abgerufen, wenn kein Anhänger an das Fahrzeug angekoppelt
ist und somit die Anhängerlast
null beträgt.
Durch die Berechnung der Stellgröße auf Grundlage
des vorgegebenen Kennfeldes ist es besonders einfach, das gewünschte Lenkverhalten
des Fahrzeuges für
den Fahrer vorzugeben.
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Für den Fall,
dass ein Anhänger
tatsächlich an
das Fahrzeug angekoppelt ist und somit die Anhängerlast ungleich Null ist,
kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ein Datenwert
des vorgegebenen Kennfeldes mit einem Korrekturwert verknüpft werden,
um daraus die Stellgröße zu bestimmen.
Bei dem Korrekturwert kann es sich um einen Faktor handeln, mit
dem ein entsprechender Datenwert des Kennfeldes multipliziert wird,
wobei der Faktor größer oder
kleiner 1 sein kann. Alternativ kann der Korrekturwert ein Summand
sein, mit dem ein entsprechender Datenwert des Kennfeldes addiert
wird, wobei der Summand größer oder
kleiner null, d. h. positiv oder negativ sein kann. Der konkrete
Wert für
den Korrekturfaktor bzw. den Summand ist von einer jeweiligen Anhängelast
des Fahrzeugs abhängig,
um daraus eine entsprechende Stellgröße für das Lenk System zu bestimmen.
Ungeachtet der Variante, ob ein entsprechender Datenwert des vorgegebenen Kennfeldes
mittels Multiplikation oder Addition geeignet angepasst wird, um
daraus die Stellgröße zu bestimmen,
ist hierdurch ein einfacher Algorithmus gewährleistet.
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Anstatt
einen Datenwert des vorgegebenen Kennfeldes mittels eines Korrekturwertes
wie vorstehend erläutert
zu verändern,
ist es auch möglich,
die Stellgröße über ein
alternatives Kennfeld zu erzeugen. Hierzu ist von vornherein ein
alternatives Kennfeld hinterlegt, das ebenfalls von den lenkungsrelevanten
Parametern als auch von dem Zusatzparameter abhängt. Falls tatsächlich eine
Anhängelast
an das Fahrzeug angekoppelt ist und somit der Zusatzparameter ungleich
null ist, wird in Schritt c) das alternative Kennfeld abgerufen,
um daraus die Stellgröße zu bestimmen.
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Vorteilhafterweise
wird der Zusatzparameter durch einen Sensor ermittelt, wodurch keine
Aktivierung durch den Fahrer des Fahrzeugs benötigt wird.
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Alternativ
ist es möglich,
daß der
Zusatzparameter durch eine manuelle Eingabe ermittelt wird. Dies
kann beispielsweise über
einen vom Fahrer des Fahrzeugs betätigten Schalter geschehen.
Auf diese Weise kann eine separate Sensorik für die Ermittlung des Zusatzparameters
entfallen.
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Gemäß einer
der bevorzugten Ausführungsformen
ist das Lenksystem ein elektrohydraulisches Fahrzeuglenksystem.
Vorzugsweise umfasst das elektrohydraulische Lenksystem einen Hydraulikkreis
mit einer Pumpe oder einem Motorpumpen-Aggregat als Leistungseinheit,
wobei in Abhängigkeit der
Stellgröße ein von
der Pumpe geförderter
Volumenstrom variiert. Eine Steuerung des Volumenstroms kann auf
einfache Weise über
ein Motorpumpen-Aggregat mit veränderlicher
Drehzahl und/oder veränderlichem
Fördervolumen
oder eine Pumpe mit einem Drosselventil, z. B. in Form eines Magnetventils,
und oder einem veränderlichem
Fördervolumen geschehen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Lenksystem ein elektromechanisches Lenksystem, bei dem die
Leistungseinheit in Form eines Elektromotors direkt mit dem Lenkgetriebe
gekoppelt ist. Auf diese Weise kann als Stellgröße ein Lenkmoment berechnet
werden und dessen Berechnung auf vielfältige Arten vom Zusatzparameter abhängig gemacht
werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Es
zeigen:
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1.
eine schematische Ansicht eines elektrohydraulischen Lenksystems,
das nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
gesteuert wird,
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2.
ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, und
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3.
ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung
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1 zeigt
ein elektrohydraulisches Fahrzeuglenksystem 10. Ein Lenkrad 12 ist über eine Lenksäule 14 mit
einem Servoventil 16 und einem Ritzel 18 verbunden,
das mit einer Zahnstange 20 kämmt. Das Servoventil 16 ist über einen
Hydraulikkreis 21 mit einer Leistungseinheit in Form eines
Motor/Pumpen-Aggregats 22,
einem Reservoir 24 und einem hydraulischen Stellzylinder 26 verbunden.
Das Motorpumpen-Aggregat 22 umfasst einen Elektromotor 36 und
eine Pumpe 23, die durch den Elektromotor 36 angetrieben
wird. Die Funktion des Fahrzeuglenksytems 10 wird durch
die Stellung des Servoventils 16 und dem von der Pumpe 23 des
Motor/Pumpen-Aggregats 22 geförderten Volumenstrom bestimmt.
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Es
ist ein Lenkungs-Sensor 32 vorgesehen, der an der Lenksäule 14 angebracht
ist und einen Lenkwinkel φ bzw.
eine Lenkwinkelgeschwindigkeit φ . und/oder ein Lenkmoment ML ermittelt, sowie ein Geschwindigkeits-Sensor 33,
der eine Fahrzeuggeschwindigkeit v ermittelt.
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Das
Motorpumpen-Aggregat 22 weist eine Steuereinheit 28 auf,
die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
das Motorpumpen-Aggregat 22 steuert. Hierfür erhält die Steuereinheit 28 ein
Signal von einem Anhänger-Sensor 34,
der beispielsweise an der Anhängerkupplung
des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei aus diesem Signal der anhängerabhängige Zusatzparameter
PA ermittelt wird. Außerdem erhält die Steuereinheit 28 wenigstens
einen lenkungsrelevanten Parameter, der aus Fahrzeuggeschwindigkeit
v, Lenkwinkel φ und/oder
Lenkmoment ML gebildet sein kann. Alternativ
kann der lenkungsrelevante Parameter auch aus einer mathematischen Ableitung
von Fahrzeuggeschwindigkeit v und/oder Lenkwinkel φ nach der
Zeit, z. B. als Lenkwinkelgeschwindigkeit φ . gebildet sein. Eine vorteilhafte
Verfahrensvariante zur Steuerung des elektrohydraulischen Fahrzeuglenksystems 10 ist
in 2 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt werden
eine Fahrzeuggeschwindigkeit v, ein Lenkwinkel φ und ein Lenkmoment ML als lenkungsrelevante Parameter v, φ, ML ermittelt. Es ist möglich, weitere weniger lenkungsrelevante
Parameter zu ermitteln, wobei bestimmte lenkungsrelevante Parameter
durch andere lenkungsrelevante Parameter ersetzt werden können.
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In
einem zweiten Schritt 30 wird ein Zusatzparameter PA ermittelt, der in Abhängigkeit von einer evt. Anhängerlast
des Fahrzeugs steht und an die Steuereinheit 28 übermittelt
wird. Das Ermitteln des Zusatzparameters PA erfolgt
z. B. über
eine automatische Parametererfassung durch den Anhänger-Sensor 34.
Der Zusatzparameter PA kann eine binäre Größe sein,
die bei einem an das Fahrzeug angekoppelten Anhänger einen ersten Wert und
ohne Anhänger
einen zweiten Wert annimmt. Alternativ ist es auch möglich, dass
der Zusatzparameter PA nicht sensorisch
erfasst wird, sondern vom Fahrer des Fahrzeugs manuell, z. B. über einen
Schalter, vorgegeben wird. Die manuelle Parametervorgabe eignet sich
insbesondere dann, wenn der Zusatzparameter PA eine
binäre
Größe ist,
die lediglich zwischen einem Fahrbetrieb mit bzw. ohne Anhänger unterscheidet.
Der Zusatzparameter PA kann auch anderer
Art sein, beispielsweise eine kontinuierliche Größe in Abhängigkeit von der Belastung
der Anhängerkupplung.
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In
einem in 2 durch die Raute 40 symbolisierten
dritten Schritt wird der (binäre)
Zusatzparameter PA überprüft. In Abhängigkeit von dem Wert des Zusatzparameters
PA wird für die Berechnung der Stellgröße S ein
Kennfeld K0 oder K1 ausgewählt.
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Ist
kein Anhänger
am Fahrzeug angekuppelt, so wird im Schritt 42 (2)
das Kennfeld K0 gewählt, welches in Abhängigkeit
von den lenkungsrelevanten Parametern v, φ, ML die
Stellgröße S für das Fahrzeuglenksystem 10 bestimmt.
Das Kennfeld K0 kann eine Mehrzahl von Datenwerten
enthalten, aus denen in Abhängigkeit
der Parameter v, φ,
ML dann die Stellgröße für das Lenksystem geeignet bestimmt wird.
Es ist auch möglich,
dass mehrere Kennfelder K0 vorgesehen sind,
falls für
das Fahrzeuglenksystem 10 verschiedene Lenkmodi vorgesehen
sind, beispielsweise ein vom Fahrer wählbarer Komfort- oder Sport-Modus.
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Falls
ein Anhänger
am Fahrzeug angekuppelt ist, wird anstelle des Kennfeldes K0 im Schritt 44 (2)
das Kennfeld K1 gewählt, welches wiederum von den
lenkungsrelevanten Parametern v, φ, ML abhängt, sich
aber vom Kennfeld K0 unterscheidet. Die Kennfelder
K0 und/oder K1 können mit
Hilfe von empirischen Fahrversuchen gebildet werden. Falls beide
Kennfelder K0 und K1 mit
Hilfe von solchen Fahrversuchen empirisch gebildet werden, können sich die
jeweiligen Fahrversuche voneinander unterscheiden, d. h. Fahrversuch
ohne bzw. mit Anhängerlast. Es
ist für
die beiden Kennfelder K0 und K1 nicht
notwendig, daß sie
beide von den gleichen lenkungsrelevanten Parametern abhängig sind.
Es ist also auch möglich,
dass ein Kennfeld K0 oder K1 von
einem oder mehreren Parametern unabhängig ist.
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Die
Stellgröße S entspricht
bei dem in 1 gezeigten Fahrzeuglenksystem 10 dem
vom Motorpumpen-Aggregat 22 geförderten Volumenstrom im Hydraulikkreis 21.
Die Stellgröße S kann
jedoch auch aus anderen physikalischen Werten gebildet sein, in Abhängigkeit
einer entsprechenden Ausführungsform
des Lenksystems. Beispielsweise kann die Stellgröße ein Druck in einer Zylinderkammer
des hydraulischen Stellzylinders 26 oder das Drehmoment für den Elektromotor 36.
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In 3 ist
eine alternative Ausführungsform für das erfindungsgemäße Verfahren
dargestellt. Der Schritt 30 entspricht der Darstellung
von 2. Falls in Schritt 40 festgestellt wird,
dass die Anhängerlast und
somit der Zusatzparameter ungleich null sind, so fährt das
Verfahren mit Schritt 46 fort, in dem zunächst auf
die Daten des vorgegebenen Kennfeldes K0 zurückgegriffen
wird. Anschließend
wird in Schritt 48 ein entsprechender Datenwert dieses
Kennfeldes mit einem Korrekturwert WK verknüpft, um
daraus dann im Ergebnis die gewünschte
Stellgröße zu bestimmen.
Die Schritte 46 und 48 entsprechen dem Schritt
c), gemäß der Definition
von Anspruch 1. Der Korrekturwert WK kann
aus einem Faktor gebildet sein, mit dem ein entsprechender Datenwert
des vorgegebenen Kennfeldes K0 multipliziert
wird. In Abhängigkeit
einer jeweiligen Fahrtsituation des Fahrzeugs ist dieser Faktor
größer oder
kleiner 1. Alternativ kann der Korrekturwert aus einem Summanden gebildet
sein, mit dem ein entsprechender Datenwert des vorgegebenen Kennfeldes
K0 addiert wird. In Abhängigkeit einer jeweiligen Fahrtsituation
des Fahrzeugs kann der Summand größer oder kleiner null, d. h.
positiv oder negativ sein. Aus dem Ergebnis einer solchen Multiplikation
oder Addition eines entsprechenden Datenwertes des Kennfeldes K0 kann anschließend die Stellgröße S bestimmt
werden.