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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beaufschlagen einer drehbaren Lenkhandhabe mit einem Drehmoment. Es wird hierbei von einem Steer-by-Wire-System ausgegangen. Ein Steer-by-Wire-System, auch als „Full-Power-Steering” oder als Fremdkraftlenkanlage bezeichnet, beinhaltet, dass die Lenkhandhabe von dem damit zu lenkenden Rad bzw. den damit zu lenkenden Rädern mechanisch entkoppelt ist. An die Stelle der mechanischen Kopplung tritt hierbei, dass eine Messeinrichtung einen Lenkwinkel der Lenkhandhabe misst. Für das zumindest eine Rad gibt es eine Stelleinrichtung, die den Lenkvorgang bewirkt, und Steuerbefehle an diese Stelleinrichtung werden dann in Abhängigkeit von diesem Lenkwinkel durch geeignete Ansteuermittel bereitgestellt. Die Erfindung ist auch bei Einsatz von (linear) verschieblichen Lenkhandhaben anwendbar, dann werden diese mit Kraft beaufschlagt. An die Stelle des Lenkwinkels tritt dann das Ausmaß der Verschiebung.
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Bei einem solchen Steer-by-Wire-System ist es an sich bekannt, die Lenkhandhabe mit einem Drehmoment, dem sog. Lenkmoment, zu beaufschlagen, damit der Fahrer eine haptische Rückmeldung über den Fahrzustand erhält. Diese Rückmeldung wird bei Steer-by-Wire-Systemen künstlich erzeugt. Herkömmlicherweise wird neben dem Lenkwinkel der Winkel des Radeinschlags dazu verwendet, den Wert für das Lenkmoment festzulegen, vergleiche insbesondere die Vorrichtungen aus der
DE 103 38 427 A1 , der
EP 1 273 501 A2 und der
EP 1 433 691 A2 .
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Nachteilig hieran ist, dass der Fahrzeugführer keine Rückmeldung über die Beschaffenheit des Untergrunds erhält, auf dem sich das Kraftfahrzeug oder zumindest eines seiner Räder bewegt. Der Untergrund bestimmt jedoch das Fahrverhalten wesentlich, sodass es für Steer-by-Wire-Systemen keine ideale Rückmeldung an den Fahrer betreffend das Fahrverhalten seines Kraftfahrzeugs als Ganzem erhält.
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Die
DE 10 2006 019 732 A1 beschreibt für das Gebiet von Kraftfahrzeugen mit einem Fahrzeug-Servo-Lenksystem, bei dem also die Lenkhandhabe mechanisch mit den zu lenkenden Rädern gekoppelt ist und lediglich eine Hilfskraftunterstützung erhält, dass die Größe eines gleichzeitig zum vom Fahrer vorgegebenen Moment aufgebrachten Unterstützungsmoments oder des eingestellten Handmoments von der Abweichung zwischen einer gemessenen Gierrate betreffend das Kraftfahrzeug und einer modellbasierten Gierrate und genauso von der Abweichung einer gemessenen Querbeschleunigung und einer modellbasierten Querbeschleunigung abhängig ist. Modellbasiert bedeutet hierbei, dass auf Grundlage eines Fahrzeugmodells eine Abschätzung für die zu erwartende Gierrate und Querbeschleunigung erfolgt. Mit zunehmenden Abweichungen wird ein höheres Unterstützungsmoment oder ein für den Fahrer leichteres Handmoment aufgebracht.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bereitstellen eines Lenkmoments, also insbesondere ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, das besser der Tatsache Rechnung trägt, dass sich das Kraftfahrzeug bei unterschiedlichem Untergrund unterschiedlich verhält. Zur Aufgabe gehört die Bereitstellung eines Kraftfahrzeugs, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt wird.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 5 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich unter Verwendung von zumindest einem Messwert einer Messeinrichtung für den Lenkwinkel (oder das Ausmaß einer Verschiebung) und von zumindest einem Messwert von zumindest einer solchen weiteren Messeinrichtung, die einen Bewegungszustand der Fahrzeugkarosserie erfasst, ein Soll-Wert für das Drehmoment bzw. die Kraft nach einem vorbestimmten Verfahren ermittelt wird und eine der Lenkhandhabe zugeordnete Stelleinrichtung zur Erzeugung dieses Drehmoments/dieser Kraft an der Lenkhandhabe veranlasst wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass bei dem Verfahren darauf verzichtet wird, den Radwinkel einzubeziehen. Es ist eine Erkenntnis der Erfinder der vorliegend beanspruchten Erfindung, dass sich Unterschiede im Untergrund, die bei gleichem Lenkwinkel und gleichem Radwinkel gegeben sind, in unterschiedlichen Bewegungszuständen des Kraftfahrzeugs als Ganzem, also insbesondere der Karosserie, widerspiegeln, sodass es genügt, diese Bewegungszustände direkt zu erfassen; auf den Radwinkel kommt es dann gar nicht mehr an.
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Grundsätzlich genügt es z. B., die Messwerte von einem Gierratensensor und einem Querbeschleunigungssensor zusätzlich zum Lenkwinkel zu verwenden und in einem Modell einzusetzen. Da die translatorische Geschwindigkeit des Fahrzeugs regelmäßig ohnehin gemessen wird, bietet es sich jedoch an, diese in einem Modell einfach einzubeziehende Größe bei der Ermittlung des Soll-Werts für das Drehmoment zu verwenden.
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Es bietet sich dann an, als zweite weitere Messeinrichtung eine Messeinrichtung für die Giergeschwindigkeit oder eine Messeinrichtung für Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs einzusetzen, oder beides.
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Es hat sich insbesondere folgende Vorgehensweise als sinnvoll erwiesen:
Aus dem Lenkwinkel und der translatorischen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs lässt sich für einen Standarduntergrund eine vorbestimmte Größe wie beispielsweise die Giergeschwindigkeit und die Querbeschleunigung ableiten. Das Ausmaß der Abweichung des Untergrunds von dem Standarduntergrund (mehr oder weniger Haftung bewirkend) verursacht dann eine Abweichung im Ist-Wert für dieselbe vorbestimmte Größe. Das Ausmaß dieser Abweichung kann dann das Drehmoment bestimmen, es werden also Soll- und Ist-Wert gleichermaßen dazu verwendet, einen Soll-Wert für das Drehmoment an der Lenkhandhabe abzuleiten.
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Aus Soll- und Ist-Wert für die vorbestimmte Größe kann ein Verhältniswert gewonnen werden, es kann aber auch die Differenz der beiden Werte herangezogen werden, schließlich kann genauso auch die Differenz ins Verhältnis zu einem der beiden Werte oder deren Summe gesetzt werden. Die so berechnete Größe kann unmittelbar einen Faktor zur Festlegung des Drehmoments bestimmen, der gegebenenfalls unter abermaliger Verwendung von Soll- und Ist-Wert noch zu korrigieren ist.
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In Erweiterung dieser Vorgehensweise kann ein Sollwert für eine zweite vorbestimmte Größe abgeleitet werden (z. B. für neben der Giergeschwindigkeit die Querbeschleunigung), und dann können die jeweiligen Soll- und Ist-Werte insgesamt dazu verwendet werden, einen Soll-Wert für das Drehmoment an der Lenkhandhabe abzuleiten. Hierbei kann eine komplexe Rechenvorschrift eingesetzt werden oder eine tabellarische Zuordnung. Genauso gut kann jedoch einzeln jeweils ein Drehmoment abgeleitet werden, und beide so abgeleiteten Drehmomente können dann addiert werden.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine Karosserie und eine Lenkhandhabe zum Lenken von zumindest einem Rad auf, die mechanisch von der Lenkhandhabe entkoppelt ist. Es weist eine Messeinrichtung zum Messen eines Lenkwinkels der Lenkhandhabe auf und eine ansteuerbare Radstelleinrichtung für das zumindest eine zu lenkende Rad, ferner Mittel zum Ansteuern der Radstelleinrichtung in Abhängigkeit von dem gemessenen Lenkwinkel. Das Kraftfahrzeug weist ferner eine Messeinrichtung für die translatorische Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf sowie zumindest eine weitere Messeinrichtung, die eine Größe erfasst, die den Bewegungszustand der Karosserie beschreibt. Das Kraftfahrzeug weist schließlich auch noch Mittel zum Beaufschlagen der Lenkhandhabe mit einem Drehmoment auf. Erfindungsgemäß sind Mittel zum Festlegen eines Wertes für das Drehmoment bereitgestellt, die zum Zwecke des Festlegens eines Wertes für das Drehmoment ausschließlich Messwerte für den Lenkwinkel, für die translatorische Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und für zumindest eine weitere Größe verwenden bzw. verarbeiten, wobei die zumindest eine weitere Größe den Bewegungszustand der Karosserie beschreibt.
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Die weitere Messeinrichtung kann als Giergeschwindigkeitssensor bereitgestellt sein, es kann aber auch ein Querbeschleunigungssensor als weitere Messeinrichtung bereitgestellt sein, genauso auch mehrere Querbeschleunigungssensoren, aus deren Messwerten dann ein z. B. gemittelter Wert abgeleitet wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben, in der
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1 eine Schemadarstellung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist und
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1 eine analoge Schemadarstellung zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist und
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3 ein Graph zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
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In einem Kraftfahrzeug mit Steer-by-Wire-System gibt es zunächst einen Drehzahlsensor 10, der die translatorische Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, v-längs, misst. Es gibt ferner einen Sensor 12, der den Lenkwinkel alphaLr erfasst. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beide Größen von einer Funktionseinheit 14, die ein Bauteil einer Schaltung sein kann oder ein Softwarebaustein, verarbeitet. In der Funktionseinheit 14 ist ein Modell des Kraftfahrzeugs abgebildet, und gemäß diesem Modell, bei dem bestimmte Annahmen für einen Standardfall gegeben sind, wird die Querbeschleunigung a-quer-soll berechnet, wie sie gemäß dem Modell auftreten würde. Durch einen Querbeschleunigungssensor 16 wird nunmehr der Ist-Wert für die Querbeschleunigung a-quer-ist gemessen. Der Ist-Wert a-quer-ist wird nun ins Verhältnis zum Soll-Wert a-quer-soll gesetzt, und zwar durch eine Funktionseinheit 18 (Schaltung oder Softwarebaustein). Das Verhältnis der beiden Größen ergibt sich nun zur Größe c1, die einen Faktor wiedergibt. In einer Funktionseinheit 20 wird nun dieser Faktor c1 zusammen mit den beiden Größen a-quer-ist und a-quer-soll möglicherweise modifiziert und der Ausgang c1-korr der Funktionseinheit 20 wird einer Funktionseinheit zugeführt. Der Funktionseinheit 22 werden gleichzeitig die Messwerte des Sensors 12 für den Lenkwinkel zugeführt. Dort wird das Produkt aus c1-korr und alphaLr gebildet, welches ein Zahlenwert (bei geeigneter Dimension) für ein Lenkmoment M1-Lr ist. Es handelt sich um den Soll-Wert, der einer Stelleinrichtung 24 zugeführt wird, die das berechnete Lenkmoment an dem Lenkrad einstellt.
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Bei geeigneter Wahl des in der Funktionseinheit 14 abgebildeten Modells wird das Lenkmoment umso größer, je größer die Abweichung des tatsächlichen Verhaltens des Kraftfahrzeugs als Ganzen im Vergleich zu einem gewöhnlichen Zustand ist. Genau dies ist erwünscht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist genauso auch statt mit der Querbeschleunigung mit der Giergeschwindigkeit Omega-gier durchzuführen, siehe 2: Hier ist grundsätzlich dieselbe Vorgehensweise gegeben, ein Sensor 16' misst den Ist-Wert Omega-gier-ist, eine Funktionseinheit 14' gibt gemäß einem Modell Omega-gier-soll aus, diese Größen werden dann ins Verhältnis gesetzt durch eine Funktionseinheit 18', die einen Faktor c2 ausgibt, der in einer Funktionseinheit 20' aufgrund von Ist- und Soll-Wert gegebenenfalls korrigiert wird zum Wert c2-korr. c2-korr ist ein Vorfaktor, mit dem der Lenkwinkel alphaLr multipliziert wird, um ein Lenkmoment M2-Lr zu erhalten. Mit diesem wird der Stellmotor 24 zur Erzeugung des Lenkmoments beaufschlagt.
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Die Verfahren gemäß 1 und 2 sind auch in Kombination verwirklichbar. Bei einer einfachen Ausführungsform besteht die Kombination darin, dass die einzelnen Momente M1-Lr und M2-Lr miteinander addiert werden. Genauso ist es auch möglich, die Vorfaktoren c1-korr und c2-korr jeweils miteinander zu multiplizieren um dann das Produkt mit dem Lenkwinkel alphaLr zu korrigieren und den insgesamt gewünschten Wert für das Lenkmodul zu erzielen. Andere Möglichkeiten der Kombination sind denkbar, dies kann insbesondere auch im Bereich einer Funktionseinheit nach Art der Funktionseinheit 20 oder 20' erfolgen. Anstelle der Berechnung eines Faktors aufgrund des ins Verhältnis Setzens von Ist-Wert und Soll-Wert für die Querbeschleunigung bzw. die Giergeschwindigkeit kann auch eine Differenz zwischen Ist- und Soll-Wert jeweils ermittelt werden und in die Berechnung des Lenkmoments eingehen. Insgesamt können statt Multiplizieren mit dem Lenkwinkel auch kompliziertere mathematische Operationen verwendet werden.
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In 3 ist gezeigt, wie sich die Giergeschwindigkeit bei einer Kurvenfahrt verhalten kann: Beim Einfahren in die Kurve steigt die Giergeschwindigkeit omega-gier langsam an. Ein idealisierter Verlauf ist durch die Kurve 26 angezeigt. Um die Kurve 26 sind Toleranzbereiche durch die Kurven 28a und 28b abgegrenzt. Ein mögliches Ist-Verhalten für die Giergeschwindigkeit ist durch die Kurve 30 gezeigt. Es kann vorgesehen sein, z. B. im Rahmen der Funktionseinheit 20', dass solange ein z. B. konstantes oder mit dem Lenkwinkel ansteigendes Lenkmoment auf das Lenkrad gegeben wird, wie die Ist-Giergeschwindigkeit im Rahmen des Toleranzbereichs liegt. Sobald die Giergeschwindigkeit den Toleranzbereich verlässt, wird die Differenz zur Toleranzgrenze, siehe z. B. Δ Omega in 3, bestimmend für den Wert eines Lenkmoments bzw. eines zusätzlichen Lenkmoments. In Abweichung von dem Verfahren nach 2 kann z. B. das Lenkmoment linear mit dem Abstand Δ omega steigen, also linear von der Differenz zwischen omega-gier-ist und omega-gier-soll, abzüglich einer Toleranz omega-tol, abhängig sein.
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Bei dem vorliegenden Verfahren ist jedenfalls bevorzugt das Lenkmoment umso größer, um so mehr ein Ist-Wert für die in Rede stehende Größe (Querbeschleunigung, Giergeschwindigkeit oder sonstige den Bewegungszustand der Karosserie wiedergebende Größe) von dem Soll-Wert für dieselbe Größe, ermittelt durch ein Modell, abweicht, oder alternativ, umso weniger der Ist-Wert von dem Soll-Wert abweicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10338427 A1 [0002]
- EP 1273501 A2 [0002]
- EP 1433691 A2 [0002]
- DE 102006019732 A1 [0004]
