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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektromechanischen Einstellen
eines Lenkwinkels an zumindest einer Radachse eines Kraftfahrzeugs.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen
Kraftmaschine, mittels welcher ein Lenkwinkel zumindest einer Radachse
des Kraftfahrzeugs einstellbar ist.
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Zur
Steigerung der Sicherheit und des Fahrkomforts bei Kraftfahrzeugen
werden in modernen Fahrzeugen Fahrerassistenzsysteme eingesetzt. Diese
können
zur Unterstützung
des Fahrers, zur Information des Fahrers und/oder zur Warnung des Fahrers
dienen. So sind Fahrerassistenzsysteme beschrieben, durch welche
eine aktive Beeinflussung der Lenkung des Kraftfahrzeugs erfolgt.
Bei derartigen Lenksystemen wird ein Lenkwinkel üblicherweise elektromechanisch
mit Hilfe eines Elektromotors an einer Radachse des Kraftfahrzeugs
eingestellt.
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Unterschiedliche
Beladungszustände
des Kraftfahrzeugs beeinflussen dabei direkt die Fähigkeit,
das Fahrzeug zu lenken. So sind v. a. schwere Fahrzeuge oder Fahrzeuge
mit schwerer Beladung durch elektromechanische Lenkungssysteme schlechter
manövrierbar.
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Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels und ein Kraftfahrzeug
zu schaffen, mittels welchem der Fahrkomfort verbessert und die
Fahrsicherheit vergrößert ist.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Aufgabe gelöst werden
kann, wenn zum elektromechanischen Einstellen eines Lenkwinkels außer üblicherweise
bereits beachteten Eigenschaften eines Elektromotors zum Einstellen
des Lenkwinkels zusätzlich
aktuelle Werte bezüglich
einer weiteren Größe des Kraftfahrzeugs
berücksichtigt
werden. Die weitere Größe ist dabei
eine Größe, welche
das elektromechanische Einstellen des Lenkwinkels in beliebiger
Weise beeinflusst.
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Die
Aufgabe wird daher erfindungsgemäß durch
ein Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bis
3 bzw. durch ein Kraftfahrzeug gemäß den Patentansprüchen 4 bis
6 gelöst.
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Um
den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit beim elektromechanischen
Einstellen eines Lenkwinkels an zumindest einer Radachse eines Kraftfahrzeugs
zu vergrößern, wird
in dem erfindungsgemäßen Verfahren
wenigstens ein Wert für
eine erste Größe an dem
Kraftfahrzeug bestimmt, wobei aus dem Wert für die erste Größe und einem
Wert für
zumindest eine weitere Größe eine
elektrische Spannung berechnet wird, welche für eine elektrische Kraftmaschine
zum Einstellen des Lenkwinkels bereitgestellt wird. So ist es möglich, die
elektrische Spannung exakter zu berechnen, welche zum Einstellen
des Lenkwinkels in einer aktuellen Betriebssituation des Kraftfahrzeugs
notwendig ist. Dies gewährleistet
eine erhöhte
Zuverlässigkeit
beim Lenken, da stets die notwendige elektrische Energie zum Einstellen
des Lenkwinkels bereitgestellt wird. Es wird zudem vermieden, dass
unnötige
Energie durch Bereitstellen einer zu hohen Spannung verbraucht wird.
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Wenn
die erste Größe dabei
eine Achslast des Kraftfahrzeugs ist oder von der Achslast des Kraftfahrzeugs
abhängt,
wird der Beladungszustand des Kraftfahrzeugs bzw. die Schwere des
Kraftfahrzeugs in dem Verfahren zum elektromechanischen Einstellen
des Lenkwinkels berücksichtigt.
Hierdurch erfolgt eine komfortable und direkte Anpassung des Lenkens
an sich gegebenenfalls ändernde
Zustandsbedingungen wie unterschiedlicher Beladung des Kraftfahrzeugs.
Der Komfort beim Lenken wird dabei maßgeblich verbessert und die
Verkehrssicherheit erhöht.
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Die
weitere Größe zum Berechnen
der elektrischen Spannung kann ein Lenkwinkel sein. Außerdem können beispielsweise
für einen
den Lenkwinkel an der Radachse einstellenden Elektromotor spezifische
Betriebswerte in die Berechnung eingehen, um die bereitzustellende
elektrische Spannung für
einen bestimmten elektromechanischen Lenkvorgang so genau wie möglich berechnen
zu können.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit wenigstens
einer elektrischen Kraftmaschine, mittels welcher ein Lenkwinkel
zumindest einer Radachse des Kraftfahrzeugs einstellbar ist, mit
wenigstens einer Messeinrichtung, durch welche ein von einer auf
die Radachse wirkenden Lastkraft abhängiger Wert und/oder ein Wert
für die Lastkraft
ermittelbar ist, mit einem Fahrerassistenzsystem, welches den durch
die elektrische Kraftmaschine einzustellenden Lenkwinkel in einem
elektromechanischen Lenkvorgang im Betrieb automatisch vorgibt,
und mit einer Steuereinheit zum Steuern der elektrischen Kraftmaschine.
Unter dem Fahrerassistenzsystem soll dabei auch ein System zum Umsetzen
eines elektromechanischen Lenkvorgangs, bei welchem ein Fahrzeugführer eine
Lenkvorgabe durch Drehen eines Lenkrads eingibt und diese Lenkvorgabe
dann elektromechanisch umgesetzt wird, verstanden sein. Bei diesem
ergibt sich die Vorgabe des Lenkwinkels aus der Vorgabe des Fahrzeugführers. Bei
anderen Fahrerassistenzsystemen erfolgt die Vorgabe automatisch.
Die Steuereinheit zeichnet sich dadurch aus, dass sie bei einem
Eingriff des Fahrerassistenzsystems aus dem von der Achslast abhängigen Wert
und/oder dem Wert für
die Achslast und einem Wert für
zumindest eine weitere Größe eine
bereitzustellende elektrische Spannung zum Einstellen des Lenkwinkels
für die
elektrische Kraftmaschine berechnet und diese sodann einstellt.
So werden aktuelle Zustandsdaten, welche die Zuverlässigkeit
der Lenkung des Kraftfahrzeugs beeinflussen, dazu genutzt, eine
zum Einstellen eines Lenkwinkels gerade erforderliche elektrische
Spannung exakter zu berechnen und somit den Fahrkomfort und die
Fahrsicherheit zu vergrößern.
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In
einer Ausführungsform
ist die elektrische Spannung für
die elektrische Kraftmaschine zum Einstellen des Lenkwinkels durch
ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs bereitgestellt, welches wenigstens
einen Generator umfasst, durch welchen beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs
elektrische Energie erzeugbar ist. Typischerweise wird die Spannung
am Generator bei einem derartigen aktiven Rekuperieren zum Rückgewinnen
von Energie abgesenkt. Ein solches Absenken kann bei elektromechanischen Lenkvorgängen abhängig von
der jeweiligen Beladung des Kraftfahrzeugs zu einer zusätzlichen
Beeinflussung des Lenkens führen
und die Verkehrssicherheit erniedrigen bzw. den Fahrkomfort verschlechtern.
Die Verwendung des Generators in dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug
ermöglicht
nun eine komfortable Rückgewinnung
von Energie, ohne dass der Fahrkomfort und die Fahrsicherheit in
bestimmten Fahrsituationen oder bei bestimmten Beladungszuständen des
Kraftfahrzeugs durch das Rekuperieren gemindert ist.
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Die
Steuereinheit ist vorzugsweise dazu ausgelegt, bei großen Achslasten
ein Absenken oder Anheben der Spannung des Bordnetzes durch eine
weitere Steuereinheit zu unterdrücken
bzw. zu bewirken. So ist das Fahrerassistenzsystem zum elektromechanischen
Lenken des Kraftfahrzeugs in komfortabler Weise mit einem System
zur Energierückgewinnung
durch den Generator verknüpft,
ohne dass es zu einer Verminderung der Verkehrssicherheit in Abhängigkeit
von beispielsweise unterschiedlichen Beladungszuständen des
Kraftfahrzeugs kommt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert, wobei:
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs zeigt.
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Ein
Kraftfahrzeug 10 weist eine elektrische Kraftmaschine 12 auf,
mittels welcher ein Lenkwinkel einer Radachse 14 des Kraftfahrzeugs 10 einstellbar ist.
Es kann sich hierbei sowohl um die Vorderradachse als auch um die
Hinterradachse des Kraftfahrzeugs 10 handeln.
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Während des
Betriebs des Kraftfahrzeugs 10 werden nun durch ein Fahrerassistenzsystem 16 gegebenenfalls
elektromechanische Lenkvorgänge durchgeführt. Dabei
wird in an sich bekannter Weise der Lenkwinkel der Radachse 14 durch
die elektrische Kraftmaschine 12 verändert. Zum Steuern der elektrischen
Kraftmaschine 12 ist eine Steuereinheit 18 vorgesehen.
Bei einem Eingriff des Fahrerassistenzsystems 16 berechnet
die Steuereinheit 18 einen Wert für eine Spannung, welche der
elektrischen Kraftmaschine 12 bereitgestellt werden muss,
damit der von dem Fahrerassistenzsystem 16 vorgegebene
Lenkwinkel in dem elektromechanischen Lenkvorgang einstellbar ist.
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Die
elektrische Energie zum Einstellen des Lenkwinkels wird dabei vorliegend
in an sich bekannter Weise durch einen Generator 20 bereitgestellt. Hierzu
erzeugt der Generator 20 eine Spannung, welche einem Bordnetz 22 zur
Verfügung
steht. An dem Bordnetz 22 können neben der elektrischen Kraftmaschine 12 auch
weitere, beliebig viele und beliebig ausgestaltete elektrische Verbraucher
des Kraftfahrzeugs 10 angeschlossen sein.
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Die
Steuereinheit 18 berücksichtigt
den Wert für
die Größe der Änderung
des Lenkwinkels und den Wert für
die aktuelle Achslast des Kraftfahrzeugs 10 zum Berechnen
einer bereitzustellenden elektrischen Spannung, welche zum Einstellen
des jeweiligen Lenkwinkels erforderlich ist. Der Wert für die aktuelle Achslast
des Kraftfahrzeugs 10 wird dabei von einer Messeinrichtung 24 ermittelt.
Die Messeinrichtung 24 kann Teil eines weiteren Fahrerassistenzsystems sein.
Wird beispielsweise ein aktiver Nick- oder Wankausgleich über elektronisch
geregelte Luftfedersysteme, aktive Wankstabilisierung oder aktive
Federfußpunktverstellung
betrieben, so kann aus dem direkten Zusammenhang der durch die genannten Systeme
aufgebrachten Kräfte
oder Drücke
zur aktuellen Achslast des Kraftfahrzeugs 10 selbige einfach und
unaufwendig berechnet werden. Alternativ können auch Werte aus einem System
zur kontinuierlichen Dämpfkraftregelung
für die
Berechnung der aktuellen Achslast zur Verfügung gestellt sein.
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Zum
Berechnen der elektrischen Spannung, welche zum Einstellen des Lenkwinkels
durch die elektrische Kraftmaschine 12 notwendig ist, kann
der Steuereinheit 18 beispielsweise ein Kennlinienfeld eingegeben
sein, wobei spezielle Kennlinien für unterschiedliche Achslasten
einem einzustellenden Lenkwinkel eine bereitzustellende elektrische
Spannung zuordnen. Es ist auch denkbar, Kennlinienfelder zu nutzen,
durch die die benötigte
Stromstärke und/oder
die durch den Generator 20 bereitzustellende elektrische
Leistung durch die Steuereinheit 18 einfach zugeordnet
werden kann. Durch derartige Kennlinien sind also unterschiedliche
bereitzustellende Unterstützungskräfte durch
die elektromechanische Lenkung für
unterschiedliche Achslasten definierbar.
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Das
Kraftfahrzeug 10 umfasst ferner eine weitere Steuereinheit 26.
Die weitere Steuereinheit 26 ist beispielsweise als Energiemanagementeinrichtung
des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet. Sie überwacht bzw. regelt die von
dem Generator 20 erzeugte und dem Bordnetz 22 bereitgestellte
Spannung, um unnötige
Energieverluste zu vermeiden. So wird üblicherweise die elektrische
Spannung in dem Bordnetz 22 abgesenkt, wenn der Generator 20 beispielsweise bei
einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs 10 aus kinetischer
Energie elektrische Energie erzeugt, er also zum Rekuperieren im
Generator-Modus betrieben wird.
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Vorwiegend
ist die Steuereinheit 18 nun dermaßen ausgebildet, dass bei großen Achslasten
ein Absenken der Spannung des Bordnetzes 22 durch die Steuereinheit 26 unterdrückt ist.
So ist gewährleistet,
dass stets die für
einen jeweiligen Lenkvorgang bereitzustellende elektrische Spannung
für die elektrische
Kraftmaschine 12 tatsächlich
bereitgestellt ist. Umgekehrt bewirkt die Steuereinheit 18 gegebenenfalls
ein Anheben der Spannung des Bordnetzes 22, falls diese
niedriger als die berechnete, bereitzustellende Spannung für den von
dem Fahrerassistenzsystem 16 eingeleiteten elektromechanischen
Lenkvorgang ist.
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Es
ist auch vorstellbar, dass die hier beschriebenen Steuereinheiten 18, 26 mit
sämtlichen Funktionen
in einem einzigen Steuergerät,
beispielsweise in einem zentralen Steuergerät des Kraftfahrzeugs 10 integriert
sind.
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So
können
durch das erfindungsgemäße Verfahren
bzw. das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug elektromechanische
Lenkvorgänge
durch Fahrerassistenzsysteme einerseits und das aktive Rekuperieren,
also das Rückgewinnen
elektrischer Energie aus kinetischer Energie mittels des Generators 20 andererseits
in komfortabler und sicherer Weise gleichzeitig ablaufen, ohne dass
die Fähigkeit,
das Kraftfahrzeug 10 zu lenken beispielsweise bei einem
schweren Beladungszustand beeinträchtigt wird. Auch bei schweren
Fahrzeugen wird so durch Rekuperieren eine Einsparung von Kohlendioxid
ermöglicht.
Des Weiteren wird die Bordnetzbelastung bei Lenkmanövern in
komfortabler Weise kostensparend verringert.
