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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Servo-Lenksystem für
Kraftfahrzeuge, insbesondere elektromechanisches Servo-Lenksystem,
sowie ein Verfahren zur Reduzierung von Kreuzgelenk-Fehlern.
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Derartige
Lenksysteme umfassen gewöhnlich einen Regelkreis, dessen
Regelgröße zumindest von dem Lenkradmoment abhängig
ist. Die in einem Steuergerät gespeicherten Vorgabefunktionen
dienen dem Berechnen des Sollwerts des unterstützenden
Moments in Abhängigkeit von Eingangsgrößen des
Steuergerätes, insbesondere des Lenkradmomentes.
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In 1 ist
der übliche Aufbau eines elektromechanisch arbeitenden
Servo-Lenksystems eines Kraftfahrzeugs dargestellt, welches ein
Lenkrad 1 aufweist, das über einen ersten Abschnitt 2 einer Lenkstange 13,
mittels eines oder mehrerer Kreuzgelenke 7 fest mit einem
zweiten Abschnitt 3 der Lenkstange verbunden ist. Die Lenkstange 13 überträgt das
von dem Fahrer des Kraftwagens auf das Lenkrad 2 aufgebrachten
Moment auf ein Ritzel 6, das in eine Zahnstange 8 eingreift,
die horizontal zur Achse des Fahrzeuges zwischen zwei gelenkten
Rädern 11 angeordnet ist. Das Ritzel 6 kann
auch durch ein beliebiges anderes Übertragungsmittel gebildet
sein, zum Beispiel eine Schneckenwelle. Jedes gelenkte Rad 11 ist
in der Lage, sich bei einer linearen Bewegung der Zahnstange 8 um
eine vertikale Drehachse A zu drehen, wobei das gelenkte Rad 11 über
die Zahnstange 8 von einem Gestänge 10 angetrieben wird.
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Das
Servo-Lenksystem besitzt ferner eine Servo-Steuerung, die dazu dient,
auf die Zahnstange 8 eine Kraft auszuüben, die
in der gleichen Richtung wirkt wie die Kraft des Ritzels 6,
wodurch dem Fahrer des Fahrzeugs das Drehen des Lenkrads 1 erleichtert
wird. Die Servo-Steuerung umfasst einen Servomotor 9, dessen
Ausgangsmoment von einem elektronischen Steuergerät 12 gesteuert
wird, welches ein Sollwertsignal S des Hilfsmomentes an den Servomotor 9 liefert.
Das Ausgangsmoment des Servomotors 9 wird mittels einer
nicht dargestellten Antriebswelle des Servomotors 9 auf
die Zahnstange 8 und damit die Räder 11 übertragen.
Wegen der erheblichen zu übertragenden Kräfte
wirkt die Antriebswelle des Servomotors 9 in der Regel über
ein nicht näher dargestelltes Kugelgetriebe 14 auf
die Zahnstange 8.
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Die
Abtriebswelle des Servomotors 9 ist somit über
das Kugelgetriebe 14, die Zahnstange 8 und das
Ritzel 6 mechanisch mit der Lenkstange 13 verbunden.
Die mechanische Verbindung zwischen der Abtriebswelle und der Lenkstange 13 kann
aber auch die direkt erfolgen, indem die Abtriebswelle an der Lenkstange 13 über
ein geeignetes Getriebe direkt angreift. Die Abtriebswelle des Elektromotors
unterstützt dabei den Lenkeinschlag des Lenkrads 1,
indem sie mittels der vorstehend genannten mechanischen Einrichtungen
auf die Lenkstange 13 ein Hilfsmoment ausübt,
das direkt von dem Ausgangsmoment des Servo-Motors 9 und
folglich von dem Sollwertsignal S des Hilfemoments abhängt.
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Das
Steuergerät 12 ist in der Regel derart aufgebaut,
dass es aufgrund der ankommenden Eingangsignale, z. B. des von dem
Drehmomentsensor 4 stammenden Drehmomentes DM und/oder
des von dem Drehwinkelsensor 5 stammenden Drehwinkels DW
die Höhe des durch den Servo-Motor 9 auszuübenden
Hilfsmomentes berechnet und den entsprechenden Sollwert S an den
Servomotor 9 ausgibt. Mit Hilfe geeigneter, in dem Steuergerät 12 gespeicherter
Algorithmen und Datensätze wird das Hilfsmoment in der
Regel derart bestimmt, dass in Abhängigkeit von der errechneten
Differenz des Drehwinkels DW und einem von einem Lenkwinkelsensor 15 gemessenen
Lenkwinkel LW der Räder 11 ein von dem Servo-Motor 9 aufzubringendes
Hilfsmoment bestimmt wird. Dieses Hilfsmoment ist derart groß gewählt,
dass hinsichtlich des insgesamt zur Betätigung der Räder
aufzubringenden Momentes am Lenkrad 1 ein Restmoment übrig
bleibt, welches von dem Fahrer gut beherrschbar ist. Damit wird
in der Regel das Hilfsmoment auch von Größen abhängen,
die Einfluss auf das Lenkmoment der Räder besitzen, wie beispielsweise
Drehwinkel-Geschwindigkeit, Temperatur, Fahrzustand des Fahrzeugs,
Straßenverhältnisse und so weiter.
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Es
sind weiterhin Sonderformen elektromechanisch arbeitender Servo-Lenksysteme
bekannt geworden, bei denen die mechanische Verbindung zwischen
Lenkrad 1 und Zahnstange 8 aufgetrennt ist. Bei
diesen so genannten steer-by-wire-Lenksystemen müssen die
von dem Lenkrad 1 auf die Zahnstange 8 aufzubringenden
Kräfte und Momente durch entsprechende elektrisch arbeitende
Geräte nachgebildet werden, die weiter oben geschilderten grundsätzlichen
Prinzipien bleiben dabei allerdings erhalten.
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Bei
Kraftfahrzeugen ist die Gestaltung der mechanischen Verbindung zwischen
Lenkrad 1 und Zahnstange 8 aus einer Reihe von
Gründen kritisch, so z. B. aus Gründen des Unfallschutzes
und des beschränken Einbauraumes. Um Verletzungen des Fahrers
bei einem Unfall zu vermeiden, darf bei einer Verformung der Karosserie,
der Verlagerung der Radachse oder des dem Ritzel 6 zugeordneten
Getriebes die Lenkstange 13 nicht weiter in den Fahrzeuginnenraum
eindringen oder das Lenkrad 1 ungünstig verlagert
werden. Ferner soll die Verbindung zwischen Lenkrad 1 und
Ritzel 6 die Ausnutzung des zur Verfügung stehenden
Bauraumes nicht behindern, obwohl die Lenkstange meist mit einer
Reihe von sperrigen Aggregaten versehen ist, die in dem knappen
Bauraum ebenfalls unterzubringen sind.
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Um
dies zu erreichen wird in der Regel die Lenkstange 13 in
mehrere Abschnitte 2, 3 unterteilt, die über
Gelenkverbindungen miteinander verbunden sind. Hierdurch ist zum
einen ein geknickter Verlauf der Lenkstange 13 möglich,
wodurch die Stange sich besser an den Bauraum anpassen lässt
und zum anderen sind die kürzeren Abschnitte der geteilten Lenkstange
bei Unfällen weniger gefährlich, da sie nur teilweise
mit ihrer Längsachse auf den Fahrer zielen.
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Die
in der Praxis meist eingesetzten kardanischen Gelenke, insbesondere
Kreuzgelenke, sind zwar kostengünstig aber durch den sich
ergebenden Winkel zwischen den einzelnen Abschnitten hinsichtlich
der von dem Lenkrad zu übertragenden Drehbewegung nachteilig,
da die Drehbewegung des Ritzels nicht linear der Drehbewegung des
Lenkrades entspricht, sondern in Bezug auf die Drehbewegung des Lenkrades
allenfalls durch trigonometrische Funktionen beschrieben werden
kann.
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Im
Ergebnis kommt es zu einer Ungleichförmigkeit der Lenkung,
da die Drehgeschwindigkeit des Lenkrades von der Drehgeschwindigkeit
des Ritzels abweicht, was sich sowohl auf die steuernden Räder
als auch, durch Rückwirkung über die Zahnstange
und das Ritzel, auf das Lenkrad auswirken kann und dort das Lenkgefühl
verschlechtern und Irritationen auslösen kann.
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Es
hat daher Bemühungen gegeben, die durch das Kreuzgelenk
beziehungsweise die Kreuzgelenke bedingten Schwankungen von den
Rädern und von dem Lenkrad fernzuhalten. So wird in der
DE 100 12 222 A1 die
Möglichkeit beschrieben, die durch ein Kreuzgelenk bedingten
Schwankungen durch eine sich ändernde Übersetzung
des mechanischen Getriebes zu bekämpfen, indem das Ritzel
auf eine Zahnstange wirkt, deren Zähne einen sich ändernden
Abstand haben. Die Lösung erfolgt mit rein mechanischen
Mitteln und beschäftigt sich nicht mit dem Problem, dass
bei einer Lenkung durch einen Servo-Antrieb die Schwankungen verstärkt
auf das Lenkrad und die Räder übertragen werden
können.
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Aus
der
DE 10 2005
030 178 A1 ist eine sehr spezielle Lösung des
Problems bekannt geworden, bei der ein Überlagerungsgetriebe
zwischen zwei Kreuzgelenken auf eine Lenkstange einwirkt. Dabei wird
der Vorteil beschrieben, eine sich mit der Fahrgeschwindigkeit ändernde Übersetzung
zwischen Lenkrad und Zahnstange zusätzlich für
die Korrektur der aus den beiden Kreuzgelenken resultierenden Schwankungen
ausnutzen zu können.
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Ähnlich
wie bei der genannten
DE
10 2005 030 178 A1 wird in der
DE 197 51 137 A1 vorgeschlagen,
dass die durch Kreuzgelenke bedingten Fehler mittels eines Überlagerungsgetriebes
aufgehoben werden sollen, wobei das Überlagerungsgetriebe
an der Lenkstange angreift.
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Servo-Lenksystem
für Fahrzeuge zu schaffen sowie ein Verfahren zur Reduzierung
von Kreuzgelenk-Fehlern in einem Servo-Lenksystem bereitzustellen,
die einfacher umzusetzen sind.
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Die
Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände
mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 7. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Hierzu
umfasst das Servo-Lenksystem für Kraftfahrzeuge ein Lenkrad
zur Eingabe eines Fahrerwunsches für die Lenkung, eine
Messeinrichtung zur Messung des Fahrerwunsches, einen Servomotor,
welcher über Antriebsmittel mit Rädern verbunden
ist, und ein Steuergerät, welches in Abhängigkeit von
dem Fahrerwunsch und dem geltenden Lenkwinkel der Räder
mittels eines Steuersignals für den Servomotor den Lenkwinkel
der Räder zusätzlich verstellt, wobei das Lenkrad über
mindestens ein Kreuzgelenk und ein Getriebe mit den lenkenden Rädern mechanisch
gekoppelt ist, wobei Mittel zur Reduzierung von Kreuzgelenkfehlern
vorgesehen sind, wobei in dem Steuergerät eine Korrektureinrichtung
vorgesehen ist, welche den gemessenen oder berechneten Wert des
Fahrerwunsches derart abwandelt, dass der Änderung des
Fahrerwunsches durch die Kreuzgelenkfehler des oder der Kreuzgelenke
entgegengewirkt wird.
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Die
Erfindung besteht im Prinzip darin, das Steuersignal des Servomotors
derart abzuwandeln, dass der durch das oder die Kreuzgelenk(e) bedingten
Verfälschung des Fahrerwunsches entgegengewirkt wird. Die
Verwirklichung der Erfindung benötigt keine zusätzlichen
mechanischen Bauelemente und kann dementsprechend auch einfach nachgerüstet werden.
Auch hinsichtlich des Aufbaus der Servolenkung ist die vorliegende
Erfindung universell einsetzbar. Das gilt bedingt auch für
hydraulische Lenksysteme, soweit diese mittels elektrischer Mittel
(Motoren, Pumpen und Ähnliches) angesteuert werden.
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Dabei
sei angemerkt, dass das Lenkrad hier allgemein im Sinne einer Lenkhandhabe
zu verstehen ist. Ebenso soll Kreuzgelenk generisch als kardanisches
Gelenk verstanden werden. Dabei sei weiter angemerkt, dass vorzugsweise
nur genau ein Kreuzgelenk zwischen Lenkrad und Getriebe angeordnet
ist, da aufgrund der Korrektur im Steuergerät auf korrigierende
Kreuzgelenke verzichtet werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Sollwertgeber
vorgesehen, welcher als Eingangsignal den unkorrigierten Fahrerwunsch
aufnimmt und als Ausgangssignal den korrigierten Fahrerwunsch ausgibt.
Die Korrektur erfolgt dabei in der Weise, dass den durch das (oder
die) Kreuzgelenk(e) bedingten Abänderungen des Fahrerwunsches
entgegengewirkt wird. Wird also durch das Kreuzgelenk der am Getriebe
bzw. Ritzel ankommende Fahrerwunsch verkleinert, so wird durch den
Sollwertgeber das Eingangsignal derart angehoben, dass am Getriebe
bzw. Ritzel tatsächlich die dem Fahrerwunsch entsprechende
Kraft wirksam ist. Anders ausgedrückt, ein infolge der
Wirkung der Kreuzgelenke schwankendes Eingangsignal würde
zu einem entsprechend schwankenden Steuersignal des Steuergerätes
führen, welches dann dementsprechend auf die Räder
wirkt. Da, um dem Fahrer ein Gefühl für den Fahrzustand
des Fahrzeugs zu geben, der Servomotor nicht das gesamte zum Steuern
der Räder notwendige Moment übernimmt sondern
ein Restmoment dem Fahrer überlässt, wird über
die mechanische Verbindung zwischen Zahnstange und Lenkstange die
Schwankungen des Steuersignals aus dem Steuergerät am Lenkrad
spürbar. Dies kann leicht zu Irritationen führen,
die den Fahrer von seiner Konzentrationen auf das Fahrgeschehen
ablenken können.
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Ein
geeigneter, derartiger Sollwertgeber ist allerdings nicht einfach
auszuführen und auch nicht leicht an veränderte
Umstände anzupassen. Es müssen nämlich
bei einem derartigen Sollwertgeber gleichzeitig sowohl die dem Fahrerwunsch
zugeordneten Steuersignale für den Motor festgelegt werden als
auch zusätzlich die Änderung dieser Steuerwerte infolge
des Einflusses der Kreuzgelenke berücksichtigt werden.
Die Darstellung derart komplexer Beziehungen ist aufwendig, wobei
noch berücksichtigt werden muss, dass die Zuordnung zwischen
dem Steuersignal und dem Fahrerwunsch durchaus nicht linear sein
muss sondern auch nichtlinear sinnvoll beeinflusst werden kann.
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In
einer alternativen Ausführungsform ist die Korrektureinrichtung
mit einem Sollwertgeber ausgebildet, welcher aufgrund des zugeführten
unkorrigierten Fahrerwunsches ein Gebersignal ausgibt, welches der
aufgrund des Fahrerwunsches gewünschten Ausgangsgröße
des Kreuzgelenkes oder Getriebes entspricht, wobei die Korrektureinrichtung
mit einem die Abänderung des Fahrerwunsches durch das Kreuzgelenk
nachbildenden Fehlermodell ausgebildet ist, welches aufgrund des
unkorrigierten Fahrerwunsches ein Fehlersignal ausgibt, wobei das
Fehlersignal weitgehend der Ausgangsgröße des
realen Kreuzgelenkes aufgrund des Fahrerwunsches entspricht.
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Hierdurch
wird eine Entkopplung unterschiedlicher Einflussgrößen
erreicht. Die Abhängigkeit zwischen dem unkorrigierten,
dem Fahrerwunsch entsprechenden Eingangsignal des Fehlermodells
beziehungsweise des Sollwertgebers und den entsprechenden Ausgangswerten
kann durch mathematische Beziehungen beschrieben werden. In der
Regel sind die Beziehungen aber, beispielsweise bei Verwendung mehrerer
hintereinander geschalteter Kreuzgelenke, bei Schäden an
den Kreuzgelenken, Spiel in der Führung der Kreuzgelenke
und ähnliches, derart komplex, dass sie sich durch geschlossene
mathematische Beziehungen nur schwerlich darstellen lassen. In solchen
Fällen empfiehlt es sich, das Fehlermodell durch praktische Messungen
zu gestalten, wobei die Werte zwischen den einzelnen Messpunkten
durch Interpolation gewonnen werden können. Auf diese Weise
lassen sich auch recht komplexe Abhängigkeiten vergleichsweise
einfach darstellen. Allerdings sind hierzu Tabellen beziehungsweise
Datensätze notwendig, aus denen in Abhängigkeit
von den Eingangssignalen die entsprechenden Ausgangssignale abgelesen
werden können.
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Bei
dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden somit die
gewünschte Abhängigkeit des Steuersignals für
den Motor von dem Fahrerwunsch und weiterhin die Abwandlung des
Fahrerwunsches durch die Kreuzgelenke getrennt behandelt. Es ist
daher möglich, eine gewünschte Abhängigkeit
des Steuersignals von dem Fahrerwunsch und die Änderung
des Fahrerwunsches durch die Kreuzgelenke voneinander unabhängig
zu bewerten. Auf diese Weise wird die Korrektur recht übersichtlich und
kann leicht auf geänderte Erfordernisse angepasst werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Korrektureinrichtung
mit einer Verarbeitungseinrichtung ausgebildet, die einem Differenzbilder
aufweist, welche die Differenz aus dem Gebersignal und dem Fehlersignal
bildet und ein Differenzsignal ausgibt, welches die Abänderung
des Fahrerwunsches durch den oder die Kreuzgelenke beschreibt, wobei
die Verarbeitungseinrichtung eine Überlagerungseinrichtung
aufweist, welche das Differenzsignal dem unkorrigierten Fahrerwunsch überlagert,
so dass das gebildete Überlagerungssignal als korrigierter
Fahrerwunsch zur Verfügung steht. Man erhält so
ein Überlagerungssignal als Steuersignal in dem Steuergerät,
welches den Motor derart ansteuert, dass sowohl die Abhängigkeit
zwischen Fahrerwunsch und gewünschter Reaktion des Systems auf
den Fahrerwunsch berücksichtigt wird als auch die Verfälschung
durch die Übertragung der Kreuzgelenke beseitigt wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Messeinrichtung
als Drehwinkelsensor ausgebildet, der zwischen Lenkrad und Kreuzgelenk oder
Kreuzgelenk und Getriebe angeordnet ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Fahrerwunsch
durch den Drehwinkel des Lenkrades und/oder durch die Drehwinkelgeschwindigkeit
des Lenkrades und/oder durch die Drehwinkelbeschleunigung des Lenkrades
gebildet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.
Darin zeigen:
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1 in
skizzierter Form einen gebräuchlichen Aufbau eines Servo-Lenksystems,
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2 Winkeländerung
eines typischen Kreuzgelenkes, wobei die Abhängigkeit des
Drehwinkels der Eingangswelle gegenüber dem Drehwinkel
der Ausgangswelle bei einem üblichen Knickwinkel der beiden
Wellen zueinander dargestellt ist und
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3 in
stark vereinfachter Form den Aufbau eines Steuergerätes,
soweit Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung
betroffen sind.
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Unterstellt
man, dass der Knickwinkel eines Kreuzgelenkes 0° ist, so
wird, von fremden Einflüssen einmal abgesehen, die Abhängigkeit
zwischen Eingangswinkel und Ausgangswinkel linear sein, so dass
die Abhängigkeit durch eine durch den Nullpunkt laufende
und an den Endpunkten der Kurve nach 2 endende
Gerade beschrieben wird. Ist der Knickwinkel ungleich null, ergibt
sich eine sinus-förmige Abhängigkeit zwischen
Eingangswinkel und Ausgangswinkel, wobei die Amplitude dieser Sinusform
mitwachsendem Knickwinkel ebenfalls wächst.
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Im
Ergebnis bedeutet das, dass bei gleichförmiger Drehgeschwindigkeit
am Lenkrad sich eine, durch einen sinusförmigen Fehler überlagerter
Drehgeschwindigkeit am Ritzel ergibt, so dass ohne Korrektur das
Steuergerät ein Signal ausgibt, welches den Motor mit einem
entsprechenden sinusförmigen Fehler ansteuert. Die aus
dem Fehler resultierenden Schwankungen werden über das
Zahnrad, das Ritzel und die Lenkstange auf das Lenkrad übertragen.
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3 zeigt
als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine zum Steuergerät 12 gehörende
Korrektureinrichtung 32. Diese Korrektureinrichtung bildet somit
einen Ausschnitt aus dem Steuergerät 12 in 1.
An dem linken Ende des Bildes sind dem Fahrerwunsch entsprechenden
Eingangsignale zu erkennen und zwar der nicht korrigierte Lenkwinkel LWn,
die nicht korrigierte Lenkwinkelgeschwindigkeit LGn und die nicht
korrigierte Lenkwinkelbeschleunigung LBn. Der Ursprung dieser Signale
stammt von einem aus 1 ersichtlichen und in 3 nicht
dargestellten Drehwinkelsensor 5. Mit Lenkwinkel ist also
hier der weiter oben beschriebene Drehwinkel am Lenkrad 1 des
Fahrers gemeint, vielfach auch als Fahrerwinkel oder Hand-Lenkwinkel
bezeichnet. Die genannten Eingangsignale LWn, LGn, LBn der Korrektureinrichtung 32 können
zuvor in dem Steuergerät gebildet worden seien, indem die
Ausgangssignale des in 3 nicht dargestellten Drehwinkelsensors 5 in
dem Steuergerät 12 aufbereitet, einfach und doppelt
differenziert und der Sicherheitsarchitektur des Steuergerätes
unterworfen wurden.
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Die
Eingangsignale der Korrektureinrichtung 32 werden einem
Fehlermodell 28 und einem Sollwertgeber 29 parallel
zugeführt. Das vorzugsweise empirisch ermittelte Fehlermodell 28 gibt
aufgrund der Eingangsignale jeweils ein Ausgangssignal aus, indem
es die in 2 durch die Kreuzgelenke gebildete
Abwandlung des Eingangsignals nachbildet. Dabei können
die den Eingangssignalen entsprechenden Ausgangssignale durch mathematische
Beziehungen, durch in Speichern hinterlegte Datensätze
oder in anderer geeigneter Form am Ausgang des Fehlermodells 28 zur
Verfügung gestellt werden. Das Ausgangssignal stellt ein
Fehlersignal dar. Am Ausgang des Fehlermodells 28 ebenso
wie am Ausgang des noch zu beschreibenden Sollwertgebers 29 liegen
also jeweils drei zueinander parallele Ausgangssignale an.
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In
dem Sollwertgeber 29 werden den unkorrigierten Eingangssignalen
LWn, LGn, LBn die gewünschten Ausgangssignale zugeordnet.
Dies kann beispielsweise durch eine mathematische Beziehung geschehen.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist jedem
der Eingangsignale ein entsprechendes Ausgangssignale linear zugeordnet. Die
entsprechende Beziehung ist eine Gerade mit einem Winkel von 45°.
Die Abhängigkeit zwischen Eingangsignal und Ausgangssignal
des Sollwertgebers 29 muss aber nicht in dieser Form verlaufen.
So kann sich bei einer Verstärkung des Ausgangssignals
gegenüber dem Eingangsignal die Steigung der dargestellten
Geraden ändern. Falls gewünscht, kann der Verlauf
dieser Abhängigkeit aber auch in einer geeigneten Weise
gekrümmt und/oder geknickt sein. Wesentlich ist, dass an
dieser Stelle, entkoppelt von anderen Bedingungen, das gewünschte
Verhalten des Kreuzgelenkes vorgegeben werden kann. Im vorliegenden
Fall soll das Kreuzgelenk derart wirken, als ob es eine durchgehende
gerade Stange wäre. Das Ausgangssignal des Sollwertgebers 29 stellt
ein Gebersignal dar.
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Die
jeweils drei Ausgangssignale des Fehlermodells 28 und des
Sollwertgebers 29 werden den Eingängen eines Differenzbilders 30 zugeführt,
in welchem jeweils die Differenz einander entsprechenden Ausgangssignale
des Fehlermodells 28 und des Sollwertgebers 29 gebildet
wird. Am Ausgang des Differenzbilders 30 stehen somit die
Abweichungen des Ausgangssignals am Fehlermodell gegenüber dem
entsprechenden Ausgangssignal an dem Sollwertgeber 29 an.
Diese Abweichungen bilden die Korrekturwerte KLW, KLG, KLB für
die nicht korrigierten Eingangsignale LWn, LGn, LBn. Bei der Bildung der
Differenz ist zu beachten, dass das Ausgangssignal des Fehlermodells 28 von
dem Ausgangssignal des Sollwertgebers 29 abgezogen wird.
Hat zum Beispiel das Kreuzgelenk und damit analog das Fehlermodell 28 das
Eingangsignal um einen gewissen Betrag vermindert, so entsteht durch
eine derartige Differenzbildung ein positiver Korrekturwerte, der
dem entsprechenden, nicht korrigierten Eingangsignal hinzugefügt
werden muss, um die Minderung des Eingangsignals durch das Fehlermodell 28 beziehungsweise
das Kreuzgelenk selbst auszugleichen.
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Die
Korrektur des jeweiligen nicht korrigierten Eingangsignals geschieht
schließlich in der Überlagerungseinrichtung 31,
in der die entsprechenden Korrekturwerte KLW, KLG, KLB den nicht
korrigierten Eingangssignalen LWn, LGn, LBn überlagert
werden. Praktisch werden dabei den Werten der nicht korrigierten
Eingangsignale die Korrekturwerte hinzugefügt. Am Ausgang
der Überlagerungseinrichtung 31 ergeben sich somit
die korrigierten Eingangswerte LWk, LGk, LBk, die somit als Eingangsgrößen
für Lenkfunktionen (z. B. aktive Lenkradrückstellung
und so weiter) zur Verfügung stehen.
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Zusammenfassend
lässt sich die Erfindung kurz wie folgt beschreiben. Bei
heutigen Lenksystemen wird die Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe
aufgrund der zu überbrückender Winkellage mit
Hilfe von Kreuzgelenken in der Lenksäule ausgeführt.
Konstruktiv bedingt erzeugt jedes Kreuzgelenk in der Lenksäule
eine Ungleichförmigkeit zwischen Eingangswinkel und Ausgangswinkel
(siehe 2). Diese Eigenschaft der Kreuzgelenks entsteht durch
die sphärischen Bahnen der Kreuzgelenklager. Hierdurch
wird der an das Lenksystem übertragene Lenkwinkel, die
Lenkwinkelgeschwindigkeit und die Lenkwinkelbeschleunigung beeinflusst.
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Dieses
Fehlverhalten der Übertragung der Lenkanforderungen vom
Lenkrad an das Lenkgetriebe ist unerwünscht, da es die
Haptik und Akustik des Lenksystems negativ beeinflusst. Daraus ergeben sich
folgende Ziele:
Kompensation des Lagefehlers von Lenksäulen-Kreuzgelenken
in Lenkungsanwendungen
Harmonisierung der haptischen Lenkungseigenschaften
Optimierung
des Akustikverhaltens des Lenksystems
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Zur
Lösung der beschriebenen Probleme beschreibt die vorliegende
Erfindung eine Methoden, um die haptischen und akustischen Einflüsse
von Kreuzgelenken in elektrisch unterstützten Servo-Lenksystemen
(z. B. elektromechanische Lenkung) vollständig zu eliminieren.
Die Kompensation der Kreuzgelenkeinflüsse basiert auf einem
Algorithmus der per Software im elektronischen Lenkungssteuergerät
umgesetzt wird.
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Die
lenkungsrelevanten Signale, wie zum Beispiel der Lenkwinkel am Lenkrad
und die Lenkradgeschwindigkeit, stehen dem Lenkungssteuergerät
zur internen Verarbeitung zur Verfügung. Diese Eingangssignale
werden genutzt um unter Kenntnis der Kreuzgelenkeinflüsse
einen Korrekturwert zu berechnen, derart, dass der momentane und
lageabhängige Kreuzgelenkfehler kompensiert wird.
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Es
werden vorzugsweise folgende Korrekturwerte berechnet:
- – Lenkwinkelkorrekturwert/[°] und/oder
- – Lenkgeschwindigkeitskorrekturwert/[°/s] und/oder
- – Lenkbeschleunigungskorrekturwert/[°/s2].
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Zur
Berücksichtigung der Korrekturwerte werden die ursprünglichen
Größen Lenkwinkel, Lenkwinkelgeschwindigkeit und
die Winkelbeschleunigung korrigiert und den in durch Software realisierten
Lenkfunktionen (wie z. B. aktive Lenkrad-Rückstellung,
(Eingangsgröße: Lenkwinkel), die aktive Lenkungsdämpfung
(Eingangsgröße: Lenkgeschwindigkeit) oder die
Trägheitskompensation (Eingangsgröße:
Lenkwinkelbeschleunigung)) zur Verfügung gestellt. Hierdurch
ergibt sich eine Harmonisierung der haptischen Eigenschaften und
eine Optimierung der Akustik durch Verringerung des Oberwellengehaltes
auf den lenkungsrelevanten Signalen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10012222
A1 [0012]
- - DE 102005030178 A1 [0013, 0014]
- - DE 19751137 A1 [0014]