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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anpassen eines fahrdynamischen
Regeleingriffs durch einen Lenkaktor im Lenksystem eines Fahrzeugs.
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In
der
DE 196 01 826
A1 wird ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug beschrieben,
das mit einem Überlagerungslenkgetriebe ausgestattet ist,
welches es erlaubt, fahrerunabhängig einen Eingriff in
den Fahrzustand des Fahrzeugs durchzuführen. Über das Überlagerungslenkgetriebe
kann dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel ein Überlagerungslenkwinkel überlagert
werden. Das Überlagerungslenkgetriebe befindet sich in
der zweigeteilten Lenkwelle des Lenksystems, wobei die beiden Teile
der Lenkwelle je nach einzustellendem Überlagerungslenkwinkel
relativ zueinander verdreht werden. Das Überlagerungslenkgetriebe
ermöglicht es, fahrerunabhängig einen Eingriff
in den Fahrzustand des Fahrzeugs durchzuführen, beispielsweise
um die Fahrdynamik zu beeinflussen, insbesondere zur Stabilisierung
des Fahrzeugs. Über Fahrdynamikregelsysteme können
verschiedene Aktoren im Fahrzeug beaufschlagt werden, wobei das Überlagerungslenkgetriebe
in das Fahrdynamikregelsystem eingebettet werden kann und dadurch
zum Bestandteil der Aktorik des Regelsystems wird.
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Um
in fahrdynamisch kritischen Situationen mithilfe des Überlagerungslenkgetriebes
einen stabilisierenden Radlenkwinkel einstellen zu können, muss
das vom Überlagerungslenkgetriebe aufgebrachte Moment über
den oberen, zum Fahrer weisenden Teil der Lenkwelle und das Lenkrad
vom Fahrer abgestützt werden. Voraussetzung hierzu ist, dass
der Fahrer mit seinen Händen das Lenkrad hält; anderenfalls
würde der Aktor im Überlagerungslenkgetriebe nicht
den unteren Teil der Lenkwelle und damit über das Lenkgestänge
die Räder verstellen, sondern den oberen Teil der Lenkwelle
sowie das Lenkrad.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfach durchzuführenden
Maßnahmen die Fahrsicherheit zu erhöhen. Zweckmäßigerweise
soll mit einfach durchzuführenden Maßnahmen ein
frei drehendes Lenkrad zu erkennen und in diesem Fall ein fahrdynamischer
Regeleingriff durch einen Lenkaktor im Lenksystem anzupassen sein.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf das
Anpassen eines fahrdynamischen Regeleingriffs durch einen Lenkaktor
im Lenksystem eines Fahrzeugs. Das Lenksystem umfasst eine Lenkhandhabe – üblicherweise
ein Lenkrad –, eine Lenkwelle, ein Lenkgetriebe und ein
Lenkgestänge zur Übertragung des vom Fahrer vorgegebenen
Lenkradwinkels in einen Radlenkwinkel an den lenkbaren Rädern
des Fahrzeugs. Des Weiteren ist ein Lenkaktor im Lenksystem angeordnet, über
den eine Zustandsänderung im Lenksystem herbeigeführt
werden kann. Bei dem Lenkaktor handelt es sich um eine aktiv verstellbare
Stelleinheit, die als ein Überlagerungslenkgetriebe ausgebildet
ist, mit dem ein Überlagerungslenkwinkel erzeugt werden
kann, welcher dem Lenkradwinkel vom Fahrer überlagerbar
ist. Die Einflussnahme auf das Lenksystem erfolgt auf der Ebene
des Lenkwinkels.
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Das
Lenksystem kann zusätzlich eine Lenkkraftunterstützungseinrichtung
aufweisen, die vorzugsweise ein elektrischer Servomotor ist, wobei
ggf. auch hydraulische bzw. elektrohydraulische Systeme in Betracht
kommen. Das Lenksystem beinhaltet einen Sensor zur Erfassung des
Lenkmoments.
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Um
zu verhindern, dass eine Einflussnahme im Lenksystem durch Betätigung
des Überlagerungslenkgetriebes eine unerwünschte
Folge hat für den Fall, dass der Fahrer die Lenkhandhabe
nicht mit den Händen ergreift, wird das Lenkmoment im Lenksystem
gemessen und ein Signal erzeugt, falls der Betrag des gemessenen
Lenkmoments bzw. der Absolutwert einer das gemessene Lenkmoment
enthaltenden Funktion einen zugeordneten Grenzwert unterschreitet.
Das Lenkmoment wird insbesondere an einer Position im Lenksystem
gemessen, in der das Handmoment des Fahrers wirksam ist, welches
der Fahrer durch das Ergreifen des Lenkrades auf das Lenksystem
ausübt. Dieses Fahrer- bzw. Handmoment wird üblicherweise
in der Lenkwelle gemessen. Im Falle eines Überlagerungslenkgetriebes,
welches in die zweigeteilte Lenkwelle integriert ist, wird das Fahrer-
bzw. Handmoment im oberen Teil der Welle, die dem Fahrer zugewandt
ist, gemessen.
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Liegt
das absolute Moment bzw. der Absolutwert einer das Moment berücksichtigenden
Funktion unter dem zugeordneten Grenzwert, bedeutet dies, dass der
Fahrer die Lenkhandhabe nicht ergriffen hat bzw. kein ausreichend
hohes Gegenmoment auf die Lenkhandhabe ausübt. In diesem
Fall wird ein Signal zur Beeinflussung des fahrdynamischen Regeleingriffs
(Stellsignals) erzeugt.
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Die
Einflussnahme auf den Aktor kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.
Gemäß bevorzugter Ausführung nimmt im
Falle des Unterschreitens des Lenkmoment-Grenzwerts der Lenkaktor
einen Ruhezustand bzw. eine Neutralstellung ein. Hierbei wird der
Ruhezustand bzw. die Neutralstellung beibehalten, selbst wenn unter
regulären Bedingungen der Aktor zu verstellen wäre,
beispielsweise auf Grund einer Anforderung des Fahrdynamikregelsystems. Bei Überlagerungslenkgetrieben
kann zum Beispiel die Erzeugung eines Überlagerungslenkwinkels
unterbunden werden.
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Es
ist aber auch möglich, eine bereits erfolgte Betätigung
des Lenkaktors wieder zurückzunehmen oder auf dem erreichten
Niveau einzufrieren. Im Falle eines Überlagerungslenkgetriebes
bedeutet das, dass ein bereits erzeugter Überlagerungslenkwinkel
wieder reduziert wird, ggf. bis auf Null, oder auf dem bestehenden
Wert beibehalten wird.
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Zur
Ermittlung des Lenkmoments im Lenksystem können verschiedene
Verfahrensweisen angewandt werden. In Betracht kommt beispielsweise die
Ermittlung eines kumulativen Lenkmomentes, indem zu mehreren Zeitpunkten
das Lenkmoment im Lenksystem gemessen und zu einem absoluten Gesamtwert
aufaddiert wird, der dem Vergleich mit einem zugeordneten Grenzwert
zu Grunde gelegt wird. Beispielsweise können innerhalb
eines definierten Zeitfensters an diskreten Zeitpunkten die jeweils
wirkenden Lenkmomente in der Lenkwelle ermittelt und aufaddiert
werden. Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass über
die Berücksichtigung mehrerer Lenkmomentwerte zu verschiedenen
Zeitpunkten einzelne Extreme weniger stark ins Gewicht fallen.
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Ein
weiterer Vorteil dieser Vorgehensweise hegt darin, dass lediglich
ein Momentensensor zur Ermittlung des Lenkmoments erforderlich ist.
Eine darüber hinaus gehende Sensorik ist für die
Durchführung des Verfahrens grundsätzlich nicht
notwendig.
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Alternativ
oder zusätzlich zur vorbeschriebenen Vorgehensweise ist
es auch möglich, das Lenkmoment im Lenksystem zu messen
sowie darüber hinaus aus dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel
eine Winkelbeschleunigung herzuleiten, beispielsweise durch zweimalige
Differenziation des Lenkradwinkels, wobei die Winkelbeschleunigung mit
dem Trägheitsmoment der Lenkhandhabe multipliziert und
zum gemessenen Lenkmoment hinzuaddiert wird. Auf diese Weise kann
in einer ersten Näherung das Fahrer- bzw. Handmoment ermittelt
werden, welches der Fahrer auf die Lenkhandhabe ausübt.
Liegt das absolute Fahrer- bzw. Handmoment unterhalb eines zugeordneten
Grenzwertes, wird entsprechend wieder ein Signal zur Beeinflussung
des Lenkaktors erzeugt und die bereits beschriebenen Maßnahmen
zur Beeinflussung des Lenkaktors durchgeführt. Diese Vorgehensweise
setzt zur Ermittlung des Lenkradwinkels einen Winkelsensor voraus.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 ein
Lenksystem in einem Fahrzeug in schematischer Darstellung mit einem Überlagerungslenkgetriebe
und einem elektrischen Servomotor zur Lenkkraftunterstützung,
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2 einen
Schnitt durch den oberen Teil der Lenkwelle des Lenksystems,
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3 ein
Ablaufschema zur Durchführung des Verfahrens zum Erkennen
eines frei drehenden Lenkrads und zur Anpassung eines fahrdynamischen Regeleingriffs
durch einen Lenkaktor,
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4 ein
Ablaufdiagramm für ein Verfahren gemäß einer
zweiten Ausführung.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in 1 dargestellte Lenksystem 1 für
ein Kraftfahrzeug umfasst als Lenkhandhabe ein Lenkrad 2,
welches mit einer zweiteiligen Lenkwelle 3 verbunden ist,
die ihrerseits über ein mechanisches Lenkgetriebe 6 mit
einem Lenkgestänge 7 zur Verstellung der lenkbaren
Vorderräder 8 verbunden ist. Über das
Lenkrad 2 gibt der Fahrer einen Lenkradwinkel δL vor, welcher über das Lenkgetriebe 6 und
das Lenkgestänge 7 in einen Radlenkwinkel δV an den Vorderrädern 8 umgesetzt wird.
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Das
Lenksystem 1 ist mit einem Überlagerungslenkgetriebe 4 ausgestattet,
das im Bereich der Lenkwelle 3 in das Lenksystem integriert
ist. Die Lenkwelle 3 ist zweigeteilt, wobei über
das Lenkgetriebe 4 die beiden koaxial angeordneten Teile
der Lenkwelle mit dem Überlagerungslenkwinkel δM relativ zueinander verdreht werden können.
Dadurch ergibt sich ein Gesamtlenkwinkel δ'L,
welcher sich additiv aus dem Lenkradwinkel δL zusammensetzt,
der vom Fahrer vorgegeben wird, und dem Überlagerungslenkwinkel δM. Das Überlagerungsgetriebe 4 ist über
einen elektrischen Stellmotor 5 zu betätigen.
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Des
Weiteren ist das Lenksystem 1 mit einer Lenkkraftunterstützungseinrichtung 9 ausgestattet, die
vorzugsweise als elektrischer Servomotor ausgebildet ist. Über
die Lenkkraftunterstützungseinrichtung 9 kann
in das mechanische Lenkgetriebe 6 ein unterstützendes
Moment eingespeist werden.
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2 zeigt
einen Schnitt durch den oberen Teil der Lenkwelle 3. Die
Lenkwelle 3 befindet sich in einem Lenkwellengehäuse
und umfasst eine Eingangswelle 10, die mit einer koaxialen
Abtriebswelle 11 drehverbunden ist; Eingangswelle 10 und
Abtriebswelle 11 bilden zweckmäßigerweise
gemeinsam den oberen, dem Lenkrad zugewandten Teil der Lenkwelle 3.
Die Verbindung zwischen der Eingangswelle 10 und der Abtriebswelle 11 erfolgt über
einen Drehstab 12. Das in der Lenkwelle herrschende Lenkmoment
MDS wird über einen Drehmomentsensor 13 ermittelt,
welcher als Drehstabsensor ausgebildet ist.
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Des
Weiteren ist an der Lenkwelle ein Lenkradwinkelsensor vorgesehen,
mit dem der vom Fahrer vorgegebene Lenkradwinkel δL ermittelt werden kann.
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In 3 ist
ein vereinfacht dargestelltes Ablaufdiagramm zur Durchführung
des Verfahrens zum Erkennen eines frei drehenden Lenkrads und somit zur
Anpassung eines fahrdynamischen Regeleingriffs durch einen Lenkaktor
in einem Fahrzeug gezeigt. Zunächst wird in einem ersten
Verfahrensschritt V10 in mehreren Zeitpunkten das aktuell in der Lenkwelle
wirkende Lenkmoment MDS ermittelt und zu
einem Gesamtwert ΣMDS aufaddiert.
Im nächsten Verfahrensschritt V11 erfolgt die Abfrage,
ob der Betrag des Gesamtwerts ΣMDS kleiner
ist als ein zugeordneter Grenzwert MDS,Grenz.
Sofern dies nicht der Fall ist, kann davon ausgegangen werden, dass
der Fahrer in einer hinreichenden Weise das Lenkrad betätigt
bzw. dieses gemittelt über die betrachteten Zeitpunkte
so fest hält, dass ein ausreichend hohes Hand- bzw. Fahrermoment
auf das Lenkrad aufgebracht wird. In diesem Fall besteht keine Veranlassung,
das erfindungsgemäße Verfahren weiter durchzuführen
und Einfluss zu nehmen auf die Aktorik im Lenksystem. Es wird daher
der nein-Verzweigung folgend wieder zum Beginn des Verfahrens zurückgekehrt
und erneut in zyklischen Abständen ein neuer Gesamtwert ΣMDS gebildet.
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Sofern
jedoch die Abfrage nach Verfahrensschritt V11 ergibt, dass der Betrag
des aufaddierten Gesamtwerts ΣMDS den
zugeordneten Grenzwert MDS,Grenz unterschreitet,
muss davon ausgegangen werden, dass der Fahrer das Lenkrad nicht
in der erforderlichen Weise hält; in diesem Fall wird der ja-Verzweigung
folgend zu nächsten Schritt V12 fortgefahren. Gemäß Verfahrensschritt
V12 wird ein Stellsignal S erzeugt, welches dem aktiven Lenksystem
AS zugeführt wird, um eine Anpassung des fahrdynamischen
Regeleingriffs des Lenksystems AS zu bewirken. Bei dem aktiven Lenksystem
AS handelt es sich um das Überlagerungslenkgetriebe, mit
dem ein Überlagerungslenkwinkel im Lenksystem erzeugt werden
kann.
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Die
Beeinflussung des Aktors gemäß Verfahrensschritt 12 erfolgt
entweder in der Weise, dass bereits eine durchgeführte
Verstellung des Aktors entweder zurückgeführt
oder beibehalten wird. Falls eine Verstellung des Aktors noch nicht
erfolgt ist, kann eine beispielsweise über ein Fahrdynamikregelsystem
angeforderte Verstellung des Aktors unterbunden werden.
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Nach
durchgeführter Beeinflussung des Aktors gemäß Verfahrensschritt 12 wird
wieder zum Beginn des Verfahrens zurückgekehrt und in zyklischen Abständen
das gesamte Verfahren erneut durchlaufen.
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In 4 ist
ein weiteres Ablaufdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt. Zunächst wird im Verfahrensschritt
V20 das Fahrermoment MF aus der Beziehung
MF = MDS + JL·δ ..L ermittelt,
wobei mit JL das Trägheitsmoment
des Lenkrades und mit δ ..L die Lenkradwinkelbeschleunigung
bezeichnet ist. Die Lenkradwinkelbeschleunigung δ ..L kann
im mathematischen Wege durch zweimalige Differenziation aus dem
Lenkradwinkel δL ermittelt werden,
welcher vom Fahrer vorgegeben wird und über eine entsprechende
Sensorik gemessen werden kann. Das Lenkmoment MDS wird
ebenfalls sensorisch im Lenksystem ermittelt. Es handelt sich bei
der angegebenen Beziehung um eine Näherungsformel zur Berechung
des Fahrer- bzw. Handmomentes MF.
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Im
nächsten Verfahrensschritt V21 wird der Betrag des Fahrermoments
MF mit einem zugeordneten Grenzwert MF,Grenz verglichen. Sofern die Abfrage ergibt,
dass der Betrag des Fahrermoments MF nicht kleiner
ist als der Grenzwert MF,Grenz, wird der nein-Verzweigung
folgend wieder zum Beginn des Verfahrens zurückgekehrt.
In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass das Fahrermoment
MF einen ausreichend hohen Wert besitzt,
woraus geschlossen werden kann, dass der Fahrer die Lenkhandhabe
betätigt.
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Sofern
jedoch die Abfrage nach Verfahrensschritt V21 ergibt, dass der Betrag
des Fahrermoments MF kleiner ist als der
zugeordnete Grenzwert MF,Grenz, wird der
ja-Verzweigung folgend zum nächsten Verfahrensschritt V22
fortgefahren, in welchem ein Stellsignal S erzeugt wird, welches
zur Beeinflussung des Aktors bzw. der Aktoren im Lenksystem herangezogen
wird. Die Beeinflussung erfolgt in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel
nach 3 beschrieben. Danach kann wieder zum Beginn des Verfahrens
zurückgekehrt werden.
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Überlagerungslenkgetriebe
- 5
- Stellmotor
- 6
- Lenkgetriebe
- 7
- Lenkgestänge
- 8
- Vorderrad
- 9
- Lenkkraftunterstützungseinrichtung
- 10
- Eingangswelle
- 11
- Abtriebswelle
- 12
- Drehstab
- 13
- Drehmomentsensor
- δL
- Lenkradwinkel
- δM
- Überlagerungslenkwinkel
- δV
- Radlenkwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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