DE102009037750A1

DE102009037750A1 - Fahrzeuglenkung und Verfahren zum Betrieb einer solchen

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Publication number: DE102009037750A1
Application number: DE102009037750A
Authority: DE
Inventors: Bastian Dr.-Ing. Witte; Jürgen Hoffmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2029-08-18
Also published as: DE102009037750B4

Abstract

Eine Fahrzeuglenkung, bei der ein Radeinschlagwinkel (δ) unabhängig von einem Lenkradwinkel (δ) einstellbar ist, umfasst ein Steuergerät (8), in dem in Abhängigkeit eines fahrerseitig vorgegebenen Lenkradwinkels (δ) ein Stellsignal (s) zur Einstellung des Radeinschlagwinkels (δ) generiert, und eine elektrisch angetriebene Stelleinrichtung (7), die in Verbindung mit einem mit den Fahrzeugrädern (6) gekoppelten Lenkgetriebe (5) in Abhängigkeit des Stellsignals (s) den Radeinschlagwinkel (δ) einstellt. Die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtung (7) wird in Abhängigkeit des Radeinschlagwinkels (δ) über das Stellsignal (s) derart eingestellt, dass bei Radeinschlagwinkeln (δ), welche unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit (v) zu einer Querbeschleunigung (a) oder einer Seitenkraft (F) oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts führen, die maximale Verstellgeschwindigkeit im Vergleich zu Radeinschlagwinkeln (δ), welche zu einer Querbeschleunigung (a) oder einer Seitenkraft (F) unterhalb des Schwellwerts führen, zurückgenommen wird. Hierdurch wird die Belastung des elektrischen Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs ohne Verluste für die Fahrsicherheit vermindert. Weiterhin wird ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb einer Lenkung beschrieben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuglenkung, bei der ein Radeinschlagwinkel unabhängig von einem Lenkradwinkel einstellbar ist. Hierunter fallen insbesondere Steer-by-wire-Lenkungen und Überlagerungslenkungen, bei denen eine mechanische Zwangskopplung zwischen dem Lenkrad und den Fahrzeugrädern fehlt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Lenkung.
Derartige Lenkungen umfassen in der Regel ein Steuergerät, in dem in Abhängigkeit eines fahrerseitig vorgegebenen Lenkradwinkels ein Stellsignal zur Einstellung des Radeinschlagwinkels generiert wird, sowie eine zumeist elektrisch angetriebene Stelleinrichtung, mittels der in Verbindung mit einem mit den Fahrzeugrädern gekoppelten Lenkgetriebe der Radeinschlagwinkel in Abhängigkeit des Stellsignals eingestellt wird.
Die Lenkübersetzung i, das heißt das Verhältnis von Lenkradwinkel δ_L zu Radeinschlagwinkel δ_Rad ist dabei im Steuergerät abgelegt. Diese Lenkübersetzung i kann in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit v und/oder des aktuellen Radeinschlagwinkels δ_Rad variieren. So ist es beispielsweise möglich, für höhere Fahrgeschwindigkeiten v eine indirektere Lenkübersetzung i in der Größenordnung von 17 bis 20 und bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten v eine direktere Lenkübersetzung i in der Größenordnung von 12 bis 14 einzustellen.
Zur Verbesserung des dynamischen Ansprechens kann der Lenkradwinkelvorgabe des Fahrers gegebenenfalls noch eine Komponente in Abhängigkeit der Lenkradwinkelgeschwindigkeit überlagert sein, was vor allem bei kleinen Lenkradwinkeln im Sinn eines schnellen Ansprechens zweckmäßig ist.
Werden fahrerseitig über das Lenkrad grolle oder schnelle Radeinschlagwinkeländerungen angefordert, führt dies aufgrund der entsprechend benötigten Leistung der elektrisch angetriebenen Stelleinrichtung zu einer hohen Belastung des Bordnetzes.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, solche Belastungen des Bordnetzes zu vermeiden, wenn diese keinen Gewinn für die Fahrsicherheit bringen. Dazu macht sich die Erfindung die folgenden Überlegungen zunutze.
Die Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs kann entsprechend den Fahrzeugachsen in Längs-, Quer- und Vertikaldynamik aufgeteilt werden. Im Folgenden soll vor allem die Beeinflussung der Fahrzeugquerdynamik betrachtet werden. Dazu relevante Fahrzeugbewegungsgrößen sind die Gierrate Ψ . , der Schwimmwinkel β, die Querbeschleunigung a, sowie der Schräglaufwinkel α und die Seitenkraft F_y am Reifen. Für den Fahrer eines Fahrzeuges ist die relevante Eingabegröße für die Querdynamik der Lenkradwinkel δ_L am Lenkrad.
Die Querdynamikeigenschaften eines Kraftfahrzeugs lassen sich bei Auftragung der Seitenkraft F . _y über dem Schräglaufwinkel α in verschiedene Bereiche einteilen, die in 1 dargestellt sind. Im linearen Bereich der Querdynamik haftet der Reifen auf der Fahrbahn, so dass der Zusammenhang zwischen Seitenkraft F_y und Schräglaufwinkel α linear ist. Im anschließenden Bereich höherer Schräglaufwinkel α nimmt die Haftung des Reifens mit größeren Schräglaufwinkeln α ab. Der Zusammenhang zwischen Seitenkraft F_y und Schräglaufwinkel α ist nicht-linear. Im Grenzbereich der Querdynamik, in dem der Reifen im Wesentlichen komplett auf der Fahrbahn rutscht, ist dieser Zusammenhang ebenfalls nicht-linear, wobei mit zunehmendem Schräglaufwinkel α die Seitenkraft F_y wieder etwas abnimmt. Das Maximum F_ymax der Reifenseitenkraft liegt üblicherweise bei Schräglaufwinkeln α in der Größenordnung von etwa 10°, hängt jedoch vom Reifentyp und vom Betriebszustand des Fahrzeugs ab. Verfahren zur Ermittlung des aktuellen Seitenkraftmaximums F_ymax sind aus dem Stand der Technik bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden.
Es ist zwar möglich, mittels der Stelleinrichtung Radeinschlagwinkel δ_Rad aufzubauen, welche zu Schräglaufwinkeln α jenseits des Seitenkraftmaximums F_ymax führen. Eine solche Einstellung ist jedoch aus verschiedenen Gründen nicht sinnvoll. Die Seitenkraft F_y nimmt oberhalb des Maximums wieder ab, so dass in Bezug auf die Fahrstabilität kein Gewinn erzielt wird. Die maximale Seitenkraft bzw. Querbeschleunigung wird zwar dynamisch durchfahren, statisch jedoch nicht gehalten. Bei einem plötzlichen Gegenlenken muss ein sehr weiter Stellweg zurückgelegt werden. Zudem wird bei einem solchen Gegenlenken das Seitenkraft- und damit das Querbeschleunigungsmaximum noch einmal durchschritten, was in der Regel kontraproduktiv ist.
Mit der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Fahrzeuglenkung, bei der ein Radeinschlagwinkel unabhängig von einem Lenkradwinkel einstellbar ist, gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen, dass die folgenden Schritte umfasst, nämlich ein Generieren eines Stellsignals in Abhängigkeit eines fahrerseitig vorgegebenen Lenkradwinkels und ein Einstellen des Radeinschlagwinkels mittels einer Stelleinrichtung in Abhängigkeit des Stellsignals, wobei in Abhängigkeit des Radeinschlagwinkels die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtung über das Stellsignal derart eingestellt wird, dass bei Radeinschlagwinkeln, welche unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit zu einer Querbeschleunigung oder einer Seitenkraft oberhalb eines vorgegebenen Schwellwert führen, die maximale Verstellgeschwindigkeit im Vergleich zu Radeinschlagwinkeln, welche zu einer Querbeschleunigung oder einer Seitenkraft unterhalb des Schwellwerts führen, zurückgenommen wird.
Durch die Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtung bei großen Radeinschlagwinkeln wird erreicht, dass die elektrische Belastung des Fahrzeugbordnetzes geringer ausfällt, wodurch die Fahrzeugsbatterie weniger stark belastet wird. Wie vorstehend erläutert, ist es für die Fahrstabilität wenig zweckmäßig, über den Radeinschlagwinkel Querbeschleunigungen bzw. Seitenkräfte zu erzeugen, welche jenseits des Seitenkraftmaximums bzw. Querbeschleunigungsmaximum liegen. Durch die Orientierung des Schwellwerts an entsprechenden Seitenkraft- bzw. Querbeschleunigungswerten können Verstellgeschwindigkeiten ausgeschlossen werden, die keinen für die Fahrstabilität sinnvollen Beitrag leisten. Dadurch kann das elektrische Bordnetz geschont werden.
Vorzugsweise wird für die Reduzierung der Verstellgeschwindigkeit der Schwellwert der Querbeschleunigung im Bereich von 3,5 bis 4,5 m/s² gewählt, da hier der nichtlineare Bereich beginnt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Querbeschleunigung mittels eines Berechnungsmodells aus dem Lenkradwinkel und der Fahrgeschwindigkeit bestimmt. Es kann somit bereits im Voraus abgeschätzt werden, ob durch einen fahrerseitigen Lenkbefehl kritische Radeinschlagwinkel entstehen können. Hierdurch kann bei einer Annäherung an das Seitenkraftmaximum die Verstellgeschwindigkeit präventiv zurückgenommen werden. Es ist jedoch auch möglich, die tatsächliche Querbeschleunigung, welche durch einen an einem Fahrzeug üblicherweise vorhandenen Querbeschleunigungssensor gemessen wird, zum Zweck der Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit auszuwerten oder zur Kontrolle des berechneten Querbeschleunigungswerts heranzuziehen.
Bei kleinen Radeinschlagwinkeln, welche nicht zu einer Überschreitung des Seitenkraft- bzw. Querbeschleunigungsmaximums zu führen, bleibt ein schnelles Anlenken weiterhin möglich, um die Aktivität des Fahrzeugs zu erhöhen.
Bevorzugt wird der Radeinschlagwinkel aus dem Lenkradwinkel mittels einer vorgegebenen, gegebenenfalls fahrgeschwindigkeitsabhängigen Übersetzungskennlinie ermittelt.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die gelenkten Vorderräder des Fahrzeugs auf eine Annäherung an das Querbeschleunigungs- bzw. Seitenkraftmaximum überwacht. Bei Feststellen einer solchen Annäherung wird das Stellsignal dahingehend begrenzt, dass mit dem aus dem Stellsignal resultierenden Radeinschlagwinkel das Maximum der Seitenkraft bzw. Querbeschleunigung in Abhängigkeit des Schräglaufwinkels gerade erreicht oder allenfalls geringfügig zu größeren Schräglaufwinkeln hin überschritten wird. Auch hierdurch wird das Bordnetz geschont, da Stelleingriffe, welche die Seitenführung des Fahrzeugs nicht weiter verbessern, ausgeschlossen sind. Zudem werden bei einem Betriebspunktwechsel lange Stellwege vermieden, da für die Fahrstabilität nicht sinnvolle Betriebpunkte gar nicht erst angefahren werden. Die geringfügige Überschreitung des Maximums dient lediglich als kleine Sicherheitsreserve, um zu gewährleisten, dass das Maximum an Seitenkraft auch tatsächlich ausgenutzt werden kann. Damit wird sichergestellt, dass der Fahrer bei größtmöglichem Lenkradwinkel auch garantiert die maximal erreichbare Seitenkraft bzw. Querbeschleunigung erfährt. Für eine entsprechende Regelstrategie benötigte Parameter, welche Rückschlüsse auf den aktuellen Betriebszustand sowie die Fahrzeugbereifung erlauben, sind üblicherweise in einer Fahrdynamikregelung bzw. einem elektronischen Stabilitätsprogramm und/oder einem Lenkungssteuergerät vorhanden. Errechnet werden diese dort unter anderem aus dem Lenkradwinkel δ_L, der Fahrgeschwindigkeit v, der Gierrate Ψ . und der Querbeschleunigung a.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die gelenkten Vorderräder des Fahrzeugs auf eine Annäherung an das Querbeschleunigungs- bzw. Seitenkraftmaximum überwacht. Bei Feststellen einer solchen Annäherung wird das Antriebsmoment des Fahrzeugmotors vermindert. Aufgrund der Verminderung des Antriebsmoments des Fahrzeugmotors ist nur ein geringer antreibender Längsschlupf der Vorderräder möglich, so dass das Querbeschleunigungs- bzw. Seitenkraftmaximum durch Längskräfte nicht unnötig reduziert wird. Dies kann auch unabhängig von der vorstehend erläuterten Beeinflussung des Stellsignals erfolgen.
Die oben skizzierte Aufgabe wird weiterhin durch eine Fahrzeuglenkung gemäß Patentanspruch 8 gelöst, bei der ein Radeinschlagwinkel unabhängig von einem Lenkradwinkel einstellbar ist. Die Fahrzeuglenkung umfasst ein Steuergerät, in dem in Abhängigkeit eines fahrerseitig vorgegebenen Lenkradwinkels ein Stellsignal zur Einstellung des Radeinschlagwinkels generiert, und eine elektrisch angetriebene Stelleinrichtung, die in Verbindung mit einem mit den Fahrzeugrädern gekoppelten Lenkgetriebe in Abhängigkeit des Stellsignals den Radeinschlagwinkel einstellt. Dabei wird die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtung in Abhängigkeit des Radeinschlagwinkels über das Stellsignal derart eingestellt, dass bei Radeinschlagwinkeln, welche unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit zu einer Querbeschleunigung oder einer Seitenkraft oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts führen, die maximale Verstellgeschwindigkeit im Vergleich zu Radeinschlagwinkeln, welche zu einer Querbeschleunigung oder einer Seitenkraft unterhalb des Schwellwerts führen, zurückgenommen wird. Hierdurch werden die oben bereits erläuterten Vorteile erzielt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Fahrzeuglenkung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
So kann beispielsweise im Steuergerät, insbesondere einem Lenkungssteuergerät oder einem Fahrdynamikregelungssteuergerät, ein Berechnungsmodell zur Bestimmung der Querbeschleunigung aus dem Lenkradwinkel und der Fahrgeschwindigkeit abgelegt sein.
Weiterhin kann im Steuergerät, insbesondere einem Lenkungssteuergerät, eine Übersetzungskennlinie für den Radeinschlagwinkel in Abhängigkeit des Lenkradwinkels sowie gegebenenfalls zusätzlich der Fahrgeschwindigkeit abgelegt sein.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Fahrzeuglenkung umfasst diese eine Überwachungseinrichtung zur Erfassung einer Annäherung der gelenkten Fahrzeugräder an das Seitenkraftmaximum bzw. Querbeschleunigungsmaximum. Dabei kann die Lenkung der derart konfiguriert sein, dass bei Erfassen einer solchen Annäherung das Stellsignal für die Stelleinrichtung dahingehend begrenzt wird, dass mit dem aus dem Stellsignal resultierenden Radeinschlagwinkel das Maximum der Seitenkraft bzw. Querbeschleunigung in Abhängigkeit des Schräglaufwinkels gerade erreicht oder allenfalls geringfügig zu größeren Schräglaufwinkeln hin überschritten wird.
Die Überwachungseinrichtung kann auch dazu genutzt werden, um bei Erfassen einer Annäherung an das Seitenkraftmaximum bzw. Querbeschleunigungsmaximum das Antriebsmoment des Fahrzeugmotors zu vermindern.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 den Verlauf der Seitenkraft F_y und der Längskraft F_x in Abhängigkeit des Schräglaufwinkels α der angetriebenen Fahrzeugräder,
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Fahrzeuglenkung nach der Erfindung, und in
3 eine schematische Darstellung zur Regelung des Radeinschlagwinkels.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Fahrzeuglenkung, bei der der Radeinschlagwinkel der Fahrzeugräder unabhängig vom Lenkradwinkel einstellbar ist. In 2 ist hierzu beispielhaft eine Überlagerungslenkung angedeutet. Das nachfolgend näher erläuterte Konzept lässt sich jedoch auch unmittelbar auf Steer-by-wire-Lenkungen übertragen.
Die Lenkung 1 umfasst ein Lenkrad 2 zur Eingabe eines fahrerseitigen Lenkbefehls. Dieser wird über einen Lenkwinkelsensor 3 erfasst. Das Lenkrad 1 ist über ein Überlagerungsgetriebe 4 mit einem Lenkgetriebe 5 verbunden, das seinerseits mit den Fahrzeugrädern 6 gekoppelt ist. Ferner ist eine Stelleinrichtung 7, beispielsweise ein an eine Fahrzeugsbatterie angeschlossener Elektromotor mit dem Überlagerungsgetriebe 4 gekoppelt, um einem fahrerseitigen Lenkradwinkel δ_L einen Zusatzlenkwinkel zu überlagern. Die Stelleinrichtung 7 wird hierzu von einem Steuergerät 8 mit einem Stellsignal s versorgt. Das Stellsignal s wird in Abhängigkeit der fahrdynamischen Situation aus dem fahrerseitig aufgebrachten, gemessenen Lenkradwinkel bzw. einem entsprechenden Signal des Lenkwinkelsensors 3 ermittelt. Hierzu ist im Steuergerät 8 eine Übersetzungskennlinie für die Lenkübersetzung i abgelegt, die vorzugsweise zusätzlich von der Fahrgeschwindigkeit v abhängig ist. Vorzugsweise ist die Lenkung bei hohen Fahrgeschwindigkeiten indirekter, bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten hingegen direkter. Hierdurch werden bei hohen Fahrgeschwindigkeiten die Auswirkungen starker Lenkradbewegungen vermindert und bei geringen Fahrgeschwindigkeiten der Fahrer beim Lenken stärker unterstützt. Zur Verbesserung des dynamischen Ansprechens der Lenkung kann zudem die Lenkradwinkelgeschwindigkeit als Eingangsgrößer berücksichtigt werden. Aus den genannten Größen wird mithilfe der Lenkübersetzung i ein Radeinschlagwinkel δ_Rad bestimmt, der über das Stellsignal s eingeregelt wird.
Werden der Stelleinrichtung 7 durch das Stellsignal s hohe Leistungen abverlangt, kommt es zu einer starken Belastung des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeugs. Für derartige Belastungen muss eine entsprechend leistungsfähige und damit große Batterie vorgehalten werden. Zudem können sich temporär starke Belastungen des elektrischen Bordnetzes ungünstig auf andere Verbraucher am Fahrzeug auswirken.
Mit der vorliegenden Erfindung werden hohe Leistungsanforderungen aus der Lenkung vermindert, wenn diese nicht zu einem Gewinn für die Fahrstabilität führen. Hierzu sind an der Lenkung bzw. beim Betrieb derselben die nachfolgend näher erläuterten Maßnahmen getroffen, die kumulativ oder unabhängig voneinander an einem Fahrzeug verwirklicht sein können.
Hierzu wird zunächst die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtung 7 begrenzt, wobei diese Begrenzung nicht generell vorgenommen wird, um in für die Fahrstabilität unkritischen Fahrsituationen, in denen ein schneller Wechsel des Radeinschlagwinkels vom Fahrer angefordert wird, ein hochdynamisches Ansprechen der Lenkung nicht zu beeinträchtigen.
Die Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit, welche letztlich über das Stellsignal s vorgenommen wird, erfolgt in Abhängigkeit des Radeinschlagwinkels δ_Rad derart, dass bei Radeinschlagwinkeln, welche unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit v zu einer Querbeschleunigung a oder einer Seitenkraft F_y oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts führen, die maximale Verstellgeschwindigkeit im Vergleich zu Radeinschlagwinkeln, welche zu einer Querbeschleunigung bzw. Seitenkraft unterhalb des Schwellwerts führen, zurückgenommen wird.
Der Schwellwert kann dynamisch an den Fahrbahn- und Bereifungszustand angepasst werden, was jedoch mit einigem Rechenaufwand verbunden ist. Bei normalen Betriebsbedingungen liegt bei Personenkraftfahrzeugen das Maximum bezogen auf die Querbeschleunigung a im Bereich von 3,5 bis 4,5 m/s². Der Schwellwert kann daher entsprechend fest in diesem Bereich vorgegeben werden, beispielsweise mit einer Querbeschleunigung von 4 m/s². Selbstverständlich ist es auch möglich, diesen über eine korrespondierende Größe, wie beispielsweise einen Seitenkraftwert vorzugeben. 1 zeigt den Verlauf der Seitenkraft F_y in Abhängigkeit des Schräglaugwinkels α. Das Seitenkraftmaximum F_ymax entspricht dabei gleichzeitig dem Querbeschleunigungsmaximum. Ferner ist beispielhaft ein Schwellwert für die Seitenkraft bzw. die Querbeschleunigung eingetragen. Unterhalb dieses Schwellwerts erfolgt keine Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit oder des maximalen Radeinschlagwinkels δ_Rad. Oberhalb des Schwellwerts folgt ein Bereich, in dem die Verstellgeschwindigkeit zurückgenommen bzw. begrenzt wird. In dem schraffierten Bereich jenseits des Seitenkraftmaximum F_ymax plus Sicherheitsreserve r sind sowohl die Verstellgeschwindigkeit als auch der maximale Radeinschlagwinkel δ_Rad begrenzt.
Prinzipiell ist es möglich, die Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit über das Stellsignal s dann vorzunehmen, wenn tatsächlich kritische Querbeschleunigungswerte auftreten bzw. eine tatsächliche Annäherung an diese festgestellt wird. Da Fahrzeuge heute in der Regel im Hinblick auf eine Fahrdynamikregelung einen Querbeschleunigungssensor aufweisen, kann die tatsächliche Querbeschleunigung a ohne großen Aufwand ermittelt werden. Im Steuergerät 8 ist hierzu ein Algorithmus abgelegt, der bei oder entsprechend der Annäherung das Stellsignal s so begrenzt, dass selbst bei größerer Lenkradwinkelvorgabe das Querbeschleunigungs- bzw. Seitenkraftmaximum F_ymax nicht oder allenfalls geringfügig überschritten wird.
Es ist jedoch bevorzugt möglich, die aus einer Lenkradwinkelvorgabe und der Fahrgeschwindigkeit resultierende Querbeschleunigung oder Seitenkraft mittels eines Berechnungsmodells zu prognostizieren, wodurch eine schnellere Reaktion bezüglich der Beschränkung der Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtung 7 erzielt wird als bei einer tatsächlichen Erfassung kritischer Querbeschleunigungswerte. Das Berechnungsmodell kann im Steuergerät 8 der Lenkung oder aber auch in einem Fahrdynamikregelungssteuergerät 9 abgelegt sein.
Zur Schonung des Bordnetzes ist es weiterhin möglich, den maximalen Radeinschlagwinkel so zu begrenzen, dass das Seitenkraftmaximum bzw. Querbeschleunigungsmaximum erreicht wird. Gegebenenfalls kann eine in 1 angedeutete kleine Sicherheitsreserve r vorgesehen werden, um zu gewährleisten, dass die maximale Seitenführung des Fahrzeugs auch tatsächlich genutzt werden kann.
Hierzu ist eine Überwachungseinrichtung 10 zur Erfassung einer Annäherung der gelenkten Fahrzeugräder an das Seitenkraftmaximum bzw. Querbeschleunigungsmaximum vorgesehen, die beispielsweise im Steuergerät 8 der Lenkung untergebracht ist. Die Überwachungseinrichtung 10 erfasst eine solche Annäherung und veranlasst eine Begrenzung des Stellsignals s für die Stelleinrichtung 7, so dass mit dem aus dem Stellsignal s resultierenden Radeinschlagwinkel δ_Rad das Maximum der Seitenkraft bzw. Querbeschleunigung in Abhängigkeit des Schräglaufwinkels gerade erreicht oder allenfalls geringfügig zu größeren Schräglaufwinkeln hin überschritten wird.
3 zeigt eine Möglichkeit zur Begrenzung des Stellsignals s. Aus dem Lenkradwinkel δ_L wird mittels der Lenkübersetzung i(v) eine Sollvorgabe für den Radeinschlagwinkel δ_RadSoll ermittelt. Die Differenz zum tatsächlichen Radeinschlagwinkel δ_Rad wird mittels eines Reglers 11 ausgeregelt, welcher als Ausgangsgröße das Stellsignal s ausgibt. Zur Beeinflussung des Stellsignals s, beispielsweise zum Zweck der Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit, ist dem Regler 11 eine Begrenzungseinrichtung 12 nachgeschaltet, die nach Maßgabe der jeweiligen Funktionalität, das heißt eine Verstellgeschwindigkeitsbegrenzung oder einer Begrenzung des maximal Radeinschlagwinkels δ_Rad das Stellsignal s vermindert. Alternativ kann anstelle einer Begrenzungseinrichtung eine Beeinflussung des Stellsignals s auch im Regler 11 oder bereits bei der Sollwertgenerierung berücksichtigt sein.
Die Annäherung der gelenkten Fahrzeugräder an das Seitenkraftmaximum F_ymax bzw. das Querbeschleunigungsmaximum, welche durch die Überwachungseinrichtung 10 erfasst wird, kann auch dazu genutzt werden, das Antriebsmoment des Fahrzeugmotors zu vermindern. Hierdurch wird der antreibende Längsschlupf an den Vorderrädern verringert, so dass das Seitenkraftmaximum durch Längkräfte nicht unnötig reduziert wird.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer bevorzugten Ausführung einer Fahrzeuglenkung sowie einer entsprechenden Betriebsweise näher erläutert. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeuglenkung
2: Lenkrad
3: Lenkwinkelsensor
4: Überlagerungsgetriebe
5: Lenkgetriebe
6: Fahrzeugrad
7: Stelleinrichtung
8: Steuergerät der Lenkung
9: Fahrdynamikregelungssteuergerät
10: Überwachungseinrichtung
11: Regler
12: Begrenzungseinrichtung
a: Querbeschleunigung
i: Lenkübersetzung
r: Sicherheitsreserve
s: Stellsignal
v: Fahrgeschwindigkeit
Fx: Längskraft
Fy: Seitenkraft
Fymax: Seitenkraftmaximum
Fz: Vertikalkraft
α: Schräglaufwinkel
β: Schwimmwinkel
δL: Lenkradwinkel
δRad: Radeinschlagwinkel Gierrate
Ψ.: Gierrate

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Fahrzeuglenkung, bei der ein Radeinschlagwinkel (δ_Rad) unabhängig von einem Lenkradwinkel (δ_L) einstellbar ist, umfassend die folgenden Schritte: Generieren eines Stellsignals (s) in Abhängigkeit eines fahrerseitig vorgegebenen Lenkradwinkels (δ_L), Einstellen des Radeinschlagwinkels (δ_Rad) mittels einer Stelleinrichtung (7) in Abhängigkeit des Stellsignals (s), dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Radeinschlagwinkels (δ_Rad) die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtung (7) über das Stellsignal (s) derart eingestellt wird, dass bei Radeinschlagwinkeln (δ_Rad)_, welche unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit (v) zu einer Querbeschleunigung (a) oder einer Seitenkraft (F_y) oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts führen, die maximale Verstellgeschwindigkeit im Vergleich zu Radeinschlagwinkeln (δ_Rad), welche zu einer Querbeschleunigung (a) bzw. Seitenkraft (F_y) unterhalb des Schwellwerts führen, zurückgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert für die Querbeschleunigung (a) im Bereich von 3,5 bis 4,5 m/s² liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert für die Querbeschleunigung (a) bei 4 m/s² liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbeschleunigung (a) mittels eines Berechnungsmodells aus dem Lenkradwinkel (δ_L) und der Fahrgeschwindigkeit (v) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radeinschlagwinkel (δ_Rad) aus dem Lenkradwinkel (δ_L) mittels einer vorgegebenen, gegebenenfalls fahrgeschwindigkeitsabhängigen Übersetzungskennlinie (i) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gelenkten Vorderräder (6) des Fahrzeugs auf eine Annäherung an das Seitenkraftmaximum (F_ymax) oder Querbeschleunigungsmaximum überwacht werden und das Stellsignal (s) bei Feststellen einer solchen Annäherung an das Seitenkraftmaximum (F_ymax) bzw. Querbeschleunigungsmaximum dahingehend begrenzt wird, dass mit dem aus dem Stellsignal (s) resultierenden Radeinschlagwinkel (δ_Rad) das Maximum der Seitenkraft in Abhängigkeit des Schräglaufwinkels (α) gerade erreicht oder allenfalls geringfügig zu größeren Schräglaufwinkeln (α) hin überschritten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gelenkten Vorderräder (6) des Fahrzeugs auf eine Annäherung an das Seitenkraftmaximum (F_ymax) oder Querbeschleunigungsmaximum überwacht werden und bei Feststellen einer solchen Annäherung an das Seitenkraftmaximum (F_ymax) das Antriebsmoment des Fahrzeugmotors vermindert wird.
Fahrzeuglenkung, bei der ein Radeinschlagwinkel (δ_Rad) unabhängig von einem Lenkradwinkel (δ_L) einstellbar ist, umfassend: ein Steuergerät (8), in dem in Abhängigkeit eines fahrerseitig vorgegebenen Lenkradwinkels (δ_L) ein Stellsignal (s) zur Einstellung des Radeinschlagwinkels (δ_Rad) generiert, eine Stelleinrichtung (7), die in Verbindung mit einem mit den Fahrzeugrädern (6) gekoppelten Lenkgetriebe (5) in Abhängigkeit des Stellsignals (s) den Radeinschlagwinkel (δ_Rad) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtung (7) in Abhängigkeit des Radeinschlagwinkels (δ_Rad) über das Stellsignal (s) derart eingestellt wird, dass bei Radeinschlagwinkeln (δ_Rad), welche unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit (v) zu einer Querbeschleunigung (a) oder einer Seitenkraft (F_y) oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts führen, die maximale Verstellgeschwindigkeit im Vergleich zu Radeinschlagwinkeln (δ_Rad), welche zu einer Querbeschleunigung (a) oder einer Seitenkraft (F_y) unterhalb des Schwellwerts führen, zurückgenommen wird.
Fahrzeuglenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert für die Querbeschleunigung (a) im Bereich von 3,5 bis 4,5 m/s² liegt.
Fahrzeuglenkung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert für die Querbeschleunigung (a) bei 4 m/s² liegt.
Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuergerät (8), insbesondere einem Lenkungssteuergerät oder einen Fahrdynamikregelungssteuergerät, ein Berechnungsmodell zur Bestimmung der Querbeschleunigung (a) aus dem Lenkradwinkel (δ_L) und der Fahrgeschwindigkeit (v) abgelegt ist.
Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuergerät (8), insbesondere einem Lenkungssteuergerät, eine Übersetzungskennlinie für den Radeinschlagwinkel (δ_Rad) in Abhängigkeit des Lenkradwinkels (δ_L) sowie gegebenenfalls zusätzlich der Fahrgeschwindigkeit (v) abgelegt ist.
Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinrichtung (10) zur Erfassung einer Annäherung der gelenkten Fahrzeugräder an das Querbeschleunigungs- oder Seitenkraftmaximum derart konfiguriert ist, um bei Erfassen einer solchen Annäherung das Stellsignal (s) für die Stelleinrichtung dahingehend zu begrenzen, dass mit dem aus dem Stellsignal (s) resultierenden Radeinschlagwinkel (δ_Rad) das Maximum der Querbeschleunigung bzw. Seitenkraft in Abhängigkeit des Schräglaufwinkels (α) gerade erreicht oder allenfalls geringfügig zu größeren Schräglaufwinkeln (α) hin überschritten wird.
Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinrichtung (10) zur Erfassung einer Annäherung der gelenkten Fahrzeugräder an das Querbeschleunigungs- oder Seitenkraftmaximum derart konfiguriert ist, um bei Erfassen einer solchen Annäherung das Antriebsmoment des Fahrzeugmotors zu vermindern.
Fahrzeuglenkung, bei der ein Radeinschlagwinkel (δ_Rad) unabhängig von einem Lenkradwinkel (δ_L) einstellbar ist, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (10) zur Erfassung einer Annäherung der gelenkten Fahrzeugräder an das Querbeschleunigungs- oder Seitenkraftmaximum, welche derart konfiguriert ist, um bei Erfassen einer solchen Annäherung das Antriebsmoment des Fahrzeugmotors zu vermindern.