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Die
Erfindung betrifft ein Steuerungs- und/oder Regelungsverfahren für
eine elektrisch ansteuerbare Lenkvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine
Lenkvorrichtung kann mit einer Servoeinrichtung zur Lenkungsunterstützung
ausgestattet werden, die ein vom Fahrer aufzubringendes Handlenkmoment
reduziert, so dass ein Fahrzeug mit geringerem Kraftaufwand gesteuert
werden kann. Dabei unterscheidet man eine rein hydraulische Servoeinrichtung
(HPS), bei der eine Hydraulikpumpe der hydraulischen Servoeinrichtung
direkt durch einen Fahrzeugmotor angetrieben wird, eine rein elektromechanische
Servoeinrichtung (EPS), bei der ein programmgesteuerter Elektrostellmotor
eine Steuer- und Lenktätigkeit unterstützt und
eine sogenannte elektrohydraulische Servoeinrichtung (EHPS), bei der
anstatt des Fahrzeugmotors ein zusätzlicher Elektromotor
die Hydraulikpumpe der hydraulischen Servoeinrichtung antreibt.
Im Falle von hydraulischen Servoeinrichtungen (HPS, EHPS) ist bei
einer „Open-Center-Servoeinrichtung” ein Systemvolumenstrom
einer Hydraulikflüssigkeit konstant, während bei
einer so genannten „Closed-Center-Servoeinrichtung” ein
Systemdruck in einem Vorratsgefäß der Hydraulikflüssigkeit
konstant ist.
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Aus
der
DE 10 2006
019 790 A1 ist ein Verfahren zur Lenkungsregelung und/oder
-steuerung einer elektrisch ansteuerbaren Lenkvorrichtung mit einer
elektrischen oder einer hydraulischen Servoeinrichtung bekannt.
Dabei dient die Servoeinrichtung zur Bereitstellung und/oder Variation
eines einen Lenkvorgang unterstützenden Servomomentes, wobei
zur Lenkungsregelung und/oder -steuerung mindestens ein die räumlichen
Bewegungsvorgänge des Fahrzeuges beschreibendes Signal
genutzt wird.
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Nachteilig
an einer Steuerung und/oder Regelung des den Lenkvorgang unterstützenden
Servomomentes durch zumindest ein die räumlichen Bewegungsvorgänge
des Fahrzeuges beschreibendes Signal, ist eine geringe und indirekte
Orientierung am tatsächlichen Bedarf bezüglich
des unterstützenden Servomoments.
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Die
Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für
ein gattungsgemäßes Verfahren eine verbesserte
Ausführungsform anzugeben, mit welchem insbesondere ein
bedarfsgerechtes Servomoment zur Verfügung gestellt werden
kann, was zu einem reduzierten Energieverbrauch führt.
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Erfindungsgemäß wird
dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs
gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest ein Servomoment
einer hybriden Servoeinrichtung in Abhängigkeit einer Winkelgeschwindigkeit
eines Lenkradeinschlages anzupassen. Dabei umfasst eine solche hybride
Servoeinrichtung, insbesondere eine „Open-Center-Servoeinrichtung”,
eine elektromechanische und eine hydraulische Servoeinheit. Sowohl
die elektromechanische als auch die hydraulische Servoeinheit erzeugen oder
variieren ein hydraulisches bzw. ein elektromechanisches Servomoment,
wobei zumindest eines der beiden Servomomente den Lenkvorgang unterstützt.
Vorteilhaft hierbei ist eine Reduktion eines maximalen Systemvolumenstromes,
der bei einer rein hydraulischen Servounterstützung, also
bei hoher Lenkkraft und hoher Winkelgeschwindigkeit des Lenkradeinschlages,
auftritt. Dadurch sind eine bedarfsorientierte und eine zugleich
den Kraftstoffverbrauch reduzierende Erzeugung des Systemvolumenstromes
möglich.
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In
einem intermediären Bereich zwischen rein hydraulischer
Servounterstützung und rein elektromechanischer Servounterstützung
ist dabei der Systemvolumenstrom der Hydraulikflüssigkeit
gegenüber dem Systemvolumenstrom der rein hydraulischen
Servounterstützung reduziert. Da sich eine Reduzierung
des Systemvolumenstroms jedoch negativ auf eine Steuerventilkennlinie
der Hydraulik auswirkt, kann ein sich dadurch einstellendes, erhöhtes
Handlenkmoment durch Erhöhung eines elektromechanischen
Servomomentes kompensiert und somit verringert werden.
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Dabei
kann ein Ziel des Steuerungs- und/oder Regelungsverfahrens für
eine solche hybride Servoeinrichtung sein, die Verringerung des
hydraulischen Servomomentes durch eine Erhöhung des elektromechanischen
Servomomentes so zu kompensieren, dass das Handlenkmoment der hybriden
Servoeinrichtung äquivalent zu einem Handlenkmoment einer
rein hydraulischen Servoeinrichtung ist.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend 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.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch
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1 einen
Regelkreis für ein einen Lenkvorgang unterstützendes
Servomoment in der Art eines Schaltbildes,
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2 eine
graphische Darstellung mehrerer Ventilkennlinien in Abhängigkeit
von einem Torsionsmoment,
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3 eine
graphische Darstellung eines Kennfeldes eines elektromechanischen
Substitutionsmomentes,
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4 eine
graphische Darstellung einer möglichen Korrektur des elektromechanischen
Servomomentes.
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Entsprechend
der 1 kann ein Steuerungs- und/oder Regelungsverfahren
für eine hybride Servoeinrichtung mit einer Mess-/Steuerungs-
und Regelungsvorrichtung 1 durchgeführt werden.
Dabei sind zwischen einem Lenkrad 2 und den Rädern 3 mehrere Übersetzungsverhältnisse 4, 5, 6 angeordnet.
Ein primäres Übersetzungsverhältnis 4,
iprim umfasst sämtliche zwischen
einem Lenkgetriebe 7 und dem Lenkrad 2 angeordnete Übersetzungen,
während ein sekundäres Übersetzungsverhältnis 6,
isek sämtliche Übersetzungen
umfasst, die zwischen dem Lenkgetriebe 7 und den Rädern 3 angeordnet
sind. Zwischen dem primären Übersetzungsverhältnis 4, iprim und dem sekundären Übersetzungsverhältnis 6, isek muss noch ein Übersetzungsverhältnis 5,
iLG des Lenkgetriebes 7 berücksichtigt
werden. Durch die Übersetzungsverhältnisse 4, 5, 6 wird
eine von dem Lenkrad 2 kommende Winkelgeschwindigkeit δH eines Lenkradeinschlags in eine Winkelgeschwindigkeit δR eines Radeinschlages übersetzt.
So wird die Winkelgeschwindigkeit δH eines
Lenkradeinschlages durch das primäre Übersetzungsverhältnis 4,
iprim zu einer Winkelgeschwindigkeit δLW der Lenkwelle übersetzt, die
wiederum durch das Übersetzungsverhältnis 5,
iLG des Lenkgetriebes 7 zu einer
Winkelgeschwindigkeit δLG des Lenkgetriebes 7 übersetzt
wird. Das letzte sekundäre Übersetzungsverhältnis 6,
isek in einer Kette von Übersetzungsverhältnissen 4, 5, 6 übersetzt
dann die Winkelgeschwindigkeit δLG des Lenkgetriebes 7 in
eine Winkelgeschwindigkeit δR des
Radeinschlages der Räder 3. Aufgrund des Radeinschlages
entsteht ein rückwirkendes Radmoment MR, welches durch
das sekundäre Übersetzungsverhältnis 6,
isek in ein gewandeltes Radmoment M'R übersetzt wird.
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Ein
sekundärer Addierer 8 addiert das gewandelte Radmoment
M'R, ein sekundäres Reibungsmoment
MSR und ein sekundäres Trägheitsmoment
MTS und subtrahiert ein hydraulisches Servomoment
MSH zu einem auf das Lenkgetriebe 7 wirkenden Moment
MLG, das durch das Übersetzungsverhältnis 5,
iLG des Lenkgetriebes 7 zu einem
Torsionsmoment MTS übersetzt wird.
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Nach
dem Übersetzungsverhältnis 5, des Lenkgetriebes 7 ist
ein erster Regelkreis 9, 10, 11 einer
hydraulischen Servoeinheit der hybriden Servoeinrichtung angeordnet.
Zur Regelung wird das Torsionsmoment MTS durch
einen Wandler 9 in ein Signal δTS übersetzt,
das als Eingangssignal für eine Steuerventilkennlinie 10 der
hydraulischen Servoeinheit dient. Das Ausgangssignal der Steuerventilkennlinie 10 ist
ein Systemdruck psys der hydraulischen Servoeinheit,
der durch ein Rechenelement 11 gemäß der Formel MSH = pSYS·ηLG·AKB·rSW·sign(MTS)in
das hydraulische Servomoment MSH umgerechnet wird,
welches wiederum einen Eingangsparameter für den sekundären
Addierer 8 darstellt.
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Des
Weiteren wird das Torsionsmoment MTS mittels
eines Subtrahierers 12 um ein elektromechanische Servomoment
MSE zu einem verringerten Torsionsmoment
M'TS reduziert. In einem zweiten Regelkreis 13, 14, 15 einer
elektromechanischen Servoeinheit wird das verringerte Torsionsmoment
M'TS durch einen Wandler 13 in
ein Signal gewandelt, das als Eingangssignal für ein Substitutionsmomentenkennfeld 14 dient.
Als Ausgangssignal des Substitutionsmomentenkennfeldes 14 wird
ein Substitutionsmoment Ms durch ein Rechenelement 15 mit
einem Wirkungsgrad ηi und einem Übersetzungsverhältnis
iAktor des Aktors nach der Formel MSE = MS ·ηi·iAktor zu
einem elektromechanischen Servomoment MSE gewandelt.
Das Ergebnis des Rechenelementes 15, das elektromechanische
Servomoment MSE, dient als Eingangssignal
für den Substrahierer 12.
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Durch
das primäre Übersetzungsverhältnis 4,
iprim wird das verringerte Torsionsmoment
M'TS in ein vorläufiges Handlenkmoment
M'H übersetzt. Ein Addierer 16 addiert
das vorläufige Handlenkmoment M'H,
ein primäres Reibungsmoment MPR und
ein primäres Trägheitsmoment MPT zu
einem auf das Lenkrad 2 wirkenden Handlenkmoment MH, das ein Fahrer eines Kraftfahrzeuges während
des Lenkvorganges überwinden muss.
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In
einem intermediären Bereich zwischen rein hydraulischer
Servounterstützung, bei hoher Lenkkraft bzw. hoher Lenkradgeschwindigkeit,
und einer rein elektromechanischen Servounterstützung lässt
sich ein Systemvolumenstrom QSYS in Abhängigkeit
von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkradeinschlages nach folgender
Formel ermitteln: QSYS =
k·δ .LW mit k = f(QLeckage,
AKB, iLG)
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Dabei
bedeuten:
- k
- Faktor,
- δ .LW
- Winkelgeschwindigkeit
der Lenkwelle bzw. des Lenkradeinschlages,
- QLeckage
- Volumenstrom der Leckage,
- AKB
- Kolbenfläche.
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Nach
obiger Formel ist der Systemvolumenstrom QSYS maximal
bei maximal möglicher Winkelgeschwindigkeit δ .LW der
Lenkwelle bzw. des Lenkradeinschlages. Mit sinkender Winkelgeschwindigkeit δ .LW der Lenkwelle bzw. des Lenkradeinschlages
wird auch der Systemvolumenstrom QSYS reduziert.
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Wie
in 2 gezeigt, wirkt sich jedoch eine Reduzierung
des Systemvolumenstroms QSYS auf die Steuerventilkennlinie 10 der
hydraulischen Servoeinheit aus. Die Steuerventilkennlinie 10 verläuft
in Abhängigkeit von dem Torsionsmoment MTS mit
abnehmendem Systemvolumenstrom QSYS zunehmend
flacher. So sind in 2 mehrere Steuerventilkennlinien 10', 10'', 10''' des
maximalen Systemvolumenstroms QSYS, eines
50%-igen Systemvolumenstroms QSYS(50%) und
eines 30%-igen Systemvolumenstroms QSYS(30%)
dargestellt.
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Wenn
nun der Systemvolumenstrom aufgrund einer 50%-igen Winkelgeschwindigkeit δ .LW des Lenkradeinschlages auf 50% absinkt,
so könnte sich bei gleich bleibendem Torsionsmoment MTS ein Systemdruckabfall von einem Systemdruck
p1 zu einem Systemdruck p2 um
eine Systemdruckdifferenz ΔpSYS einstellen.
Soll jedoch der Systemdruck p1 gleich bleiben,
so ist das Torsionsmoment MTS um das elektromechanische
Substitutionsmoment Ms erhöht. Dies bedeutet, dass im Falle
des um 50% reduzierten Systemvolumenstroms QSYS(50%)
auch ein erhöhtes Handlenkmoment MH,
M'H auftritt. Der Zusammenhang zwischen
dem sich erhöhenden Handlenkmoment MH,
M'H und der Volumenstromreduzierung lässt
sich durch die Ermittlung verschiedener gemessener Steuerventilkennlinien
gemäß 2 an einem Prüfstand
einmalig ermitteln.
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Daraus
lässt sich, wie in 3 dargestellt, für
das elektromechanische Substitutionsmoment Ms ein Kennfeld 17 in
Abhängigkeit des verringerten Torsionsmomentes M'TS und des Systemvolumenstroms QSYS ermitteln
und in einer Mess-/Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 1 abspeichern.
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Da
das verringerte Torsionsmoment M'TS bis auf
wenige additive Komponenten MPR, MPT und dem Übersetzungsverhältnis 4,
iprim dem Handlenkmoment MH entspricht
und der Systemvolumenstrom QSYS und der
Systemdruck pSYS ineinander umgerechnet
werden können, lässt sich somit auch ein Kennfeld
in Abhängigkeit des Handlenkmomentes und des Systemdruckes
ermitteln und in der Mess-/Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 1 abspeichern.
Dieses Kennfeld 17 gibt zu jedem beliebigen Systemdruck
pSYS und Handlenkmoment MH das jeweilige
elektromechanische Substitutionsmoment Ms zurück. Um eine
lückenlose Wertezuordnung vornehmen zu können,
ist es möglich zwischen den einzelnen ermittelten Kennlinien
eine Interpolation rechnerisch durchzuführen.
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Gemäß der 4 ist
bei der hybriden Servoeinrichtung mit einer elektromechanischen
und einer hydraulischen Servoeinheit bei einer Drosselung der hydraulischen
Servoeinheit infolge einer Reduktion des hydraulischen Systemvolumenstroms
QSYS, eine Momentenwertkorrektur 18 durchzuführen,
um negative Überlagerungseffekte zu vermeiden. Da bei Reduktion
des Systemvolumenstroms QSYS ein Betriebspunkt 19 der
elektromechanischen Servoeinheit, wie in 4 dargestellt,
in Richtung eines Betriebspunktes 20 mit einem höheren
Torsionsmomente M'TS wandert, wird das elektromechanische
Servomoment MSE um eine Korrekturdifferenz ΔMSE erhöht. Gleichzeitig ist dabei
das verringerte Torsionsmoment M'TS um das
elektromechanische Substitutionsmoment Ms erhöht. Durch
Berücksichtigung der Korrekturdifferenz ΔMSE können die negativen Überlagerungseffekte
vermieden werden.
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- 1
- Mess-/Steuerungs-
und Regelungsvorrichtung
- 2
- Lenkrad
- 3
- Räder
- 4
- Primäres Übersetzungsverhältnis
- 5
- Übersetzungsverhältnis
- 6
- Sekundäres Übersetzungsverhältnis
- 7
- Lenkgetriebe
- 8
- Sekundärer
Addierer
- 9
- Wandler
- 10,
10', 10'', 10'''
- Steuerventilkennlinie
- 11
- Rechenelement
- 12
- Substrahierer
- 13
- Wandler
- 14
- Substitutionsmomentenkennfeld
- 15
- Rechenelement
- 16
- Addierer
- 17
- Kennfeld
des elektromechanischen Substitutionsmoments
- 18
- Momentenwertkorrektur
- 19
- Betriebspunkt
- 20
- Betriebspunkt
- MH, M'H
- Handlenkmoment
- MPR
- primäres
Reibungsmoment
- MPT
- primäres
Trägheitsmoment
- MTS, M'TS
- Torsionsmoment
der Lenkwelle
- MS
- elektromechanisches
Substitutionsmoment
- MSE
- elektromechanisches
Servomoment
- MLG
- auf
das Lenkgetriebe wirkende Moment
- MR, MR
- Radmoment
- MSR
- sekundäres
Reibungsmoment
- MST
- sekundäres
Trägheitsmoment
- MSH
- hydraulisches
Servomoment
- pSYS, p1, p2
- Systemdruck
- δTS, δTS
- Signal
- δH
- Winkel
bzw. Winkelgeschwindigkeit des Lenkradeinschlages
- δLW
- Winkel
bzw. Winkelgeschwindigkeit der Lenkwelle
- δLG
- Winkel
bzw. Winkelgeschwindigkeit des Lenkgetriebes
- δR
- Winkel
bzw. Winkelgeschwindigkeit der Radeinschlages
- iprim
- primäres Übersetzungsverhältnis
- iLG
- Übersetzungsverhältnis
des Lenkgetriebes
- isek
- sekundäres Übersetzungsverhältnis
- ηi
- Wirkungsgrad
des Aktors
- iAktor
- Übersetzungsverhältnis
des Aktors
- ηLG
- Wirkungsgrad
des Lenkgetriebes
- AKB
- Kolbenfläche
- rSW
- Hebelarm
der Sekundärwelle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006019790
A1 [0003]