DE102008041554A1

DE102008041554A1 - Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung

Info

Publication number: DE102008041554A1
Application number: DE102008041554A
Authority: DE
Inventors: Mathias Wahl; Reinhard Grossheim; Hendrik Buering
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Audi AG; Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) und eine solche Hilfskraftlenkung (10) vorgestellt. Das beschriebene Verfahren dient zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) eines Kraftfahrzeugs mit einer Hilfskraftunterstützung (20), bei dem einem von einem Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel (deltaS) in einer Überlagerungseinheit (14) ein von einem Motor (16) aufgebrachter Motorwinkel (deltaM) überlagert wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Motorwinkel (deltaM) in Abhängigkeit eines Leistungsbereichs der Hilfskraftunterstützung (20) eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung, eine solche Hilfskraftlenkung sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
In Kraftfahrzeugen werden hilfskraftunterstützte Lenksysteme eingesetzt, die ein Einschlagen von angelenkten Rädern unterstützen. Diese sogenannten Servolenksysteme können bspw. eine hydraulische Hilfskraftunterstützung umfassen. Gegenwärtig werden jedoch immer häufiger elektromotorisch unterstützte Hilfskraftsysteme eingesetzt, die als EPS-Systeme bezeichnet werden (EPS: electronic power steering).
Bei Hilfskraftsystemen ist zu berücksichtigen, dass mit diesen je nach Situation unterschiedliche Kräfte aufgebracht werden müssen. Weiterhin kann es bei schnellen Lenkeingriffen vorkommen, dass der Leistungsbereich der Hilfskraftunterstützung überstiegen wird. In diesem Fall muss das erhöhte Lenkmoment vom Fahrer aufgebracht werden.
Es sollte bei solchen Hilfskraftlenkungen erreicht werden, dass der Fahrer von einer vorstehend genannten Leistungsgrenze nichts mitbekommt.
Hilfskraftunterstützte Systeme werden heutzutage auch mit Überlagerungseinheiten kombiniert, die als AFS-Systeme bezeichnet werden (AFS: active front wheel steering). In einer Überlagerungseinheit wird einem vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel ein Zusatzlenkwinkel bzw. Motorwinkel hinzugefügt. Dabei kann ein gleichgerichteter oder ein gegengerichteter Zusatzlenkwinkel addiert werden. Das Übersetzungsverhältnis der Überlagerungseinheit ist gegeben durch: ivü = δGd/δS wobei δ_Gd den Soll-Ritzelwinkel und δ_S den Lenk- bzw. Lenkradwinkel bezeichnet.
Auf diese Weise kann die Lenkung bei hohem i_vü direkter und bei kleinem i_vü indirekter eingestellt werden.
Aus der Druckschrift DE 103 53 084 A1 ist ein hilfskraftunterstütztes Lenksystem eines Kraftfahrzeugs bekannt. Bei diesem kommt ein Lenkgetriebe zur Umsetzung des vom Fahrer mit seiner Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwunschs zum Einsatz sowie eine Überlagerungseinheit, mit der dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel ein gleichgerichteter oder gegengerichteter Zusatzlenkwinkel hinzugefügt werden kann, so dass das Übersetzungsverhältnis zwischen der Lenkwinkelvorgabe des Fahrers und dem Hub des Spurstangenanlenkpunkts am Lenkgetriebe gegenüber einem durch das Lenkgetriebe vorgegebenen Übersetzungsverhältnis veränderbar ist.
Bei Überschreiten eines Leistungsgrenzwerts für das die Hilfskraftunterstützung bereitstellende System oder eines Grenzwerts für die Lenkwinkelvorgabe zumindest bei zeitlicher Betrachtungsweise wird das Übersetzungsverhältnis zwischen der Lenkwinkelvorgabe des Fahrers und dem Hub des Spurstangenanlenkpunkts am Lenkgetriebe gegenüber dem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis indirekter eingestellt. Dies wird bspw. durch Addieren eines gegengerichteten Zusatzlenkwinkels oder durch zeitliche Verzögerung des angeforderten Ritzelwinkels erreicht.
Das vorgestellte Verfahren dient zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs mit einer Hilfskraftunterstützung, bei dem einem von einem Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel in einer Überlagerungseinheit ein von einem Motor aufgebrachter Motorwinkel überlagert wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Motorwinkel in Abhängigkeit eines Leistungsbereichs der Hilfskraftunterstützung eingestellt wird.
Es wird somit nicht wie bei Stand der Technik ein Zusatzlenkwinkel berechnet, der dem Motorwinkel gegengerichtet hinzugefügt wird, sondern direkt ein Motorwinkel in Abhängigkeit des Leistungsbereichs berechnet. Auf diese Weise kann die Lenkung indirekter eingestellt werden.
Die Lenkleistung und damit auch der Leistungsbereich ergibt sich aus dem Produkt von Zahnstangenkraft und Zahnstangengeschwindigkeit. Die Aktivlenkung mit EPS und AFS kann das Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkradwinkel und Zahnstangenhub verändern. Somit wird die angeforderte Lenkleistung direkt beeinflusst. Die Zahnstangengeschwindigkeit ist proportional zur Ritzelwinkelgeschwindigkeit.
Üblicherweise ist der Leistungsbereich von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Drehgeschwindigkeit der angelenkten Räder abhängig.
Es bietet sich an, den Motorwinkel in Abhängigkeit einer maximalen Ritzelwinkelgeschwindigkeit zu bestimmen. Diese maximale Ritzelwinkelgeschwindigkeit ist wiederum abhängig von dem Leistungsbereich der Hilfskraftlenkung. Das bedeutet, dass die Leistungsgrenze der Hilfskraftlenkung die maximale Ritzelwinkelgeschwindigkeit bestimmt.
Dabei wird berücksichtigt, dass die Zahnstangengeschwindigkeit nahezu proportional zur Ritzelwinkelgeschwindigkeit ist. Der Leistungsgrenzwert lässt sich deshalb auf einen Ritzelgeschwindigkeitsgrenzwert und damit auf die maximale Ritzelwinkelgeschwindigkeit reduzieren. Der Motor der Übertragungseinheit wird entsprechend angesteuert, so dass die Ritzelwinkelgeschwindigkeit unterhalb dieses Grenzwerts bleibt.
Bei Überschreiten der maximalen Ritzelwinkelgeschwindigkeit wird die Ritzelwinkeländerung auf diese begrenzt. Somit setzt sich der Soll-Ritzelwinkel im aktuellen Zeitschritt aus der Summe des vorhergehenden Soll-Ritzelwinkels und des Grenzwerts zusammen. Aus Lenkrad- und Soll-Ritzelwinkel berechnet sich über die AFS-Getriebeübersetzung der Soll-Motorwinkel.
Die maximale Ritzelwinkelgeschwindigkeit kann einmal vorab, ggf. als Funktion der Geschwindigkeit, der Bordnetzspannung oder anderer Einflussgrößen, als Ritzelgeschwindigkeitsverlauf, vorgegeben werden.
Alternativ kann die maximale Ritzelwinkelgeschwindigkeit situationsabhängig vorgegeben werden. In diesem Fall kann die maximale Ritzelwinkelgeschwindigkeit von der Hilfskraftunterstützung an die Überlagerungseinheit übermittelt werden. Die Übermittlung kann über ein Bus-System, bspw. den CAN-Bus oder Flex-Ray, erfolgen. Werden die Hilfskraftunterstützung und die Überlagerungseinheit jeweils durch ein Steuergerät angesteuert, erfolgt die Übermittlung der erforderlichen Daten regelmäßig zwischen den beiden Steuergeräten.
Weiterhin wird eine Hilfskraftlenkung beschrieben, die eine Lenkhandhabe zur Vorgabe eines Lenkradwinkels, eine Überla gerungseinheit, mit der einem vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel ein Motorwinkel hinzugefügt werden kann, und eine Hilfskraftunterstützung, die ein Einschlagen von lenkbaren Rädern unterstützt, aufweist. Bei der Hilfskraftlenkung ist vorgesehen, dass der Motorwinkel in Abhängigkeit eines Leistungsbereichs der Hilfskraftunterstützung berechnet ist.
In Ausgestaltung ist die Überlagerungseinheit mit einem Steuergerät angesteuert. Grundsätzlich kann zur Ansteuerung der Hilfskraftunterstützung ebenfalls ein Steuergerät vorgesehen sein. Diese beiden Steuergeräte können über ein geeignetes Bus-System miteinander verbunden sein und somit Daten untereinander austauschen.
Bei der Hilfskraftlenkung kann eine hydraulische Hilfskraftunterstützung vorgesehen sein. Alternativ kann eine elektromotorische Hilfskraftunterstützung vorgesehen sein.
Das vorgestellte Computerprogramm weist Programmcodemittel auf, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere in einem Steuergerät einer Überlagerungseinheit nach Anspruch 7, ausgeführt wird.
Das Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessors eines Computers, insbesondere in einem Steuergerät einer Überlagerungseinheit nach Anspruch 7, ausgeführt wird.
Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger, wie bspw. einer Diskette, CD, DVD, Festplatte, ei nem USB Memory Stick oder ähnlichem, oder einem Internet-Server als Computerprogramm gespeichert sein. Von dort kann das Computerprogramm in ein Speicherelement des Steuergeräts übertragen werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der vorgestellten Hilfskraftlenkung.
In 1 ist eine Hilfskraftlenkung dargestellt, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist.
Die Darstellung zeigte eine Lenkhandhabe 12, die als Lenkrad ausgebildet ist, eine Überlagerungseinheit 14, der ein Motor 16 zur Winkelüberlagerung zugeordnet ist, eine Zahnstange 18, eine Hilfskraftunterstützung 20, zwei angelenkte Räder 22, ein erstes dem Motor 16 zugeordnetes Steuergerät 24 und ein zweites der Hilfskraftunterstützung zugeordnetes Steuergerät 25. Die beiden Steuergeräte 24 und 25 sind über einen Bus 26 miteinander verbunden.
Über diesen Bus 26 können die beiden Steuergeräte 24 und 25 Daten austauschen. So kann das zweite Steuergerät 25 dem ersten Steuergerät 24 bspw. in regelmäßigen zeitlichen Abständen Informationen zum Leistungsbereich der Hilfskraftunterstützung 20 geben. Dementsprechend wir dann der Soll-Motorwinkel δ_Md berechnet. Alternativ kann auch ein einziges Steuergerät zur Ansteuerung des Motors 16 und der Hilfskraftunterstützung 20 vorgesehen sein.
Mit der Lenkhandhabe 12 kann ein Fahrer einen Lenk- bzw. Lenkradwinkel δ_S vorgeben, wie dies mit Pfeil 28 verdeutlicht ist. Dieser Lenkwinkel δ_S geht als Eingangsgröße in die Überlagerungseinheit 14 ein und wird in dieser mit einem Motorwinkel δ_M (Pfeil 30) überlagert. So ergibt sich ein Ritzelwinkel δ_G, der mit Pfeil 32 angezeigt ist, der den Ausgang der Überlagerungseinheit 14 darstellt.
Dieser Ritzelwinkel δ_G wird in eine Verschiebung der Zahnstange 18 mittels eines Lenkgetriebes übersetzt, wobei dies durch die Hilfskraftunterstützung 20 unterstützt wird. Diese Hilfskraftunterstützung 20 kann einen elektromotorischen Antrieb oder einen hydraulischen Antrieb umfassen. So ergibt sich ein Einschlag der Räder 22, der mittlere Vorderradwinkel δ_Fm, in Abhängigkeit des Einschlags der Lenkhandhabe 12 und des Motorwinkels 30.
Es ist zu berücksichtigen, dass sich die Lenkleistung der Hilfskraftunterstützung 20 aus dem Produkt von Zahnstangenkraft und Zahnstangengeschwindigkeit ergibt. Durch die Überlagerungseinheit ist der Ritzelwinkel δ_G zu beeinflussen und damit auch die angeforderte Lenkleistung. Dabei ist die Zahnstangengeschwindigkeit nahezu proportional zur Ritzelwinkelgeschwindigkeit.
Es wird nunmehr in Abhängigkeit des Leistungsgrenzwerts ein Soll-Motorwinkel δ_Md direkt berechnet, so dass eine Ritzel winkelgeschwindigkeit resultiert, die keine Überschreitung der Leistungsgrenze der Hilfskraftunterstützung 20 bewirkt.
Es ist darauf zu achten, dass bei Überschreiten des Ritzelwinkelgeschwindigkeitsgrenzwerts die Ritzelwinkeländerung auf diesen begrenzt wird. Der Soll-Ritzelwinkel δ_Gd setzt sich folglich im aktuellen Zeitschritt aus der Summe des vorhergehenden Soll-Ritzelwinkels δ_Gd und des Grenzwerts zusammen. Aus dem Lenkradwinkel δ_S und dem Soll-Ritzelwinkel δ_Gd berechnet sich über die AFS-Getriebeübersetzung der Soll-Motorwinkel δ_Md.
Es wird somit erreicht, dass die Hilfskraftunterstützung 20 innerhalb ihres vorgegebenen Leistungsbereichs arbeitet und der Fahrer die Leistungsgrenze nicht bemerkt. Zumindest ist die Leistungsgrenze für den Fahrer über einen größeren Bereich nicht zu bemerken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10353084 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) eines Kraftfahrzeugs mit einer Hilfskraftunterstützung (20), bei dem ein von einem Fahrer vorgegebener Lenkwinkel (δ_S) in einer Überlagerungseinheit (14) ein von einem Motor (16) aufgebrachter Motorwinkel (δ_M) überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorwinkel (δ_M) in Abhängigkeit eines Leistungsbereichs der Hilfskraftunterstützung (20) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Soll-Motorwinkel (δ_Md) in Abhängigkeit einer maximalen Ritzelwinkelgeschwindigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die maximale Ritzelwinkelgeschwindigkeit vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die maximale Ritzelwinkelgeschwindigkeit situationsabhängig vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der maximale Ritzelwinkel von der Hilfskraftunterstützung (20) an die Überlagerungseinheit (14) übermittelt wird.
Hilfskraftlenkung mit einer Lenkhandhabe (12) zur Vorgabe eines Lenkradwinkels (δ_S), einer Überlagerungseinheit (14), mit der einem von einem Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel (δ_S) ein Motorwinkel (δ_M) hinzugefügt werden kann, einer Hilfskraftunterstützung (20), die ein Einschlagen von lenkbaren Rädern (22) unterstützt, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorwinkel (δ_M) in Abhängigkeit eines Leistungsbereichs der Hilfskraftunterstützung (20) eingestellt ist.
Hilfskraftlenkung nach Anspruch 6, bei der die Überlagerungseinheit (14) mit einem Steuergerät (24) angesteuert ist.
Hilfskraftlenkung nach Anspruch 6 oder 7, bei dem eine hydraulische Hilfskraftunterstützung (20) vorgesehen ist.
Hilfskraftlenkung nach Anspruch 6 oder 7, bei dem eine elektromotorische Hilfskraftunterstützung (20) vorgesehen ist.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere in einem Steuergerät (24) einer Überlagerungseinheit (14) nach Anspruch 7, ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessors eines Computers, insbesondere in einem Steuergerät (24) einer Überlagerungseinheit (14) nach Anspruch 7, ausgeführt wird.