DE102009055939B4

DE102009055939B4 - Elektromechanische Lenkung und Verfahren zur Steuerung einer elektromechanischen Lenkung

Info

Publication number: DE102009055939B4
Application number: DE102009055939.6A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dreyer; Sebastian Kilz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2018-09-06
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: DE102009055939A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer elektromechanischen Lenkung (1, 1a), wobei mindestens eine erste Steuereinheit (14) ein Servomoment (T) mindestens einer ersten Einheit zur Erzeugung eines Servomoments (T) in Abhängigkeit mindestens eines erfassten Lenkmoments (T') bestimmt und einstellt, wobei mindestens eine Berechnungseinheit (15) in Abhängigkeit von mindestens einem Lenkmoment (T) mindestens einen Einstellparameter nach einer Berechnungsvorschrift bestimmt und eine Einstelleinheit (13) das von der ersten Steuereinheit (14) bestimmte Servomoment (T) und/oder das erfasste Lenkmoment (T') in Abhängigkeit des mindestens einen Einstellparameters verändert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinheit (12) den mindestens einen Einstellparameter überwacht und anpasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Lenkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 und ein Verfahren zur Steuerung einer elektromechanischen Lenkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektromechanische Lenkungen werden heutzutage oftmals in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um einen Lenkvorgang, der von einem Kraftfahrzeugführer durchgeführt wird, zu unterstützen. In der Regel steuert oder regelt ein Lenkungssteuergerät einen Servomotor, der ein Servomoment auf z.B. eine Zahnstange der elektromechanischen Lenkung aufbringen kann. Das Lenkungssteuergerät bestimmt hierbei ein gewünschtes Servomoment in Abhängigkeit von einer oder mehreren Eingangsgrößen, z.B. in Abhängigkeit von einem Lenkmoment, welches der Kraftfahrzeugführer auf eine Lenksäule aufbringt.
Bei elektromechanischen Lenkungen ist insbesondere das Lenkgefühl des Kraftfahrzeugführers, welches die elektromechanische Lenkung erzeugt, eine wichtige Eigenschaft. Diese Eigenschaft kann z.B. ein Kaufkriterium für ein Kraftfahrzeug sein. Das Lenkgefühl bestimmt sich hierbei in der Regel über das mittels des Servomotors auf die Lenkzahnstange aufgebrachte Servomoment, welches sich einerseits auf das Lenkverhalten des Fahrzeugs und andererseits über die Lenksäule auf das vom Kraftfahrzeugführer gefühlte Lenkmoment auswirkt. Dementsprechend wird das Lenkgefühl wesentlich durch eine Berechnungsvorschrift des Servomoments bestimmt. Solche Berechnungsvorschriften werden in der Regel durch eine Software im Lenkungssteuergerät implementiert. Da das Lenkgefühl eine wichtige Eigenschaft für einen Kunden darstellen kann, ist es für einen Fahrzeughersteller von besonderem Interesse, ein bestimmtes Lenkgefühl oder spezielle Komfortfunktionen für eine elektromechanische Lenkung zu definieren. Diese können beispielsweise als typisch für bestimmte Modelle eines Fahrzeugherstellers oder typisch für alle Modelle des Fahrzeugherstellers sein.
Elektromechanische Lenkungen sind üblicherweise sicherheitsrelevante Systeme, deren Entwicklung sehr hohen Sicherheitsanforderungen unterliegt. Weiter werden elektromechanische Lenkungen in heutigen Produktionsketten üblicherweise von einem Zulieferer geliefert. Die von dem Zulieferer gelieferten elektromechanischen Lenkungen weisen hierbei in der Regel nicht das vom Fahrzeughersteller gewünschte Lenkgefühl auf. Da die elektromechanische Lenkung ein sicherheitsrelevantes System ist, ist es für den Fahrzeughersteller nicht oder nur unter großem Aufwand möglich, die von dem Zulieferer gelieferte elektromechanische Lenkung, insbesondere eine Software dieser elektromechanischen Lenkung, zu verändern, um ein gewünschtes Lenkgefühl im Betrieb des Kraftfahrzeugs zu erzeugen. Dies ist insbesondere deshalb schwierig, da ein Nachweis, ob ein unerwünschter Zustand von einer durch den Fahrzeughersteller überarbeiteten Software der elektromechanischen Lenkung ausgeht, nur mit großem Aufwand zu führen ist.
Die DE 10 2007 060 074 A1 offenbart eine Software-Architektur, welche in einem computerlesbaren Medium codiert ist. Die Software-Architektur dient der Entwicklung fahrzeuginterner Software-Anwendungen zur Installation und Ausführung in einem fahrzeuginternen Computersystem. Hierbei weist die Software-Architektur eine Mehrzahl von Fahrzeug-Anwendungsprogrammierschnittstellen (Fahrzeug-APIs) zum Zugriff auf Fahrzeugsysteme oder -daten und zur Entwicklung fahrzeuginterner Software-Anwendungen auf. Weiter weist die Software-Architektur eine Mehrzahl von Fahrzeug-APIs zugrundeliegenden Beschränkungsregeln zur Beschränkung der Zugriffsmöglichkeit auf Fahrzeugsysteme und -daten während der Entwicklung der fahrzeugsinternen Software-Anwendung auf. Weiter offenbart die Druckschrift, dass die Mehrzahl von Beschränkungsregeln die Zugriffsmöglichkeit auf Fahrzeugsysteme und -daten beschränkt, während die fahrzeuginterne Software-Anwendung in dem fahrzeuginternen Computersystem ausgeführt wird.
Die DE 198 36 748 C1 offenbart ein Verfahren zum Applizieren von Steuerdaten eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräts, welches einen nicht flüchtigen Speicher, insbesondere einen Flash-Speicher, zum Speichern der Steuerdaten aufweist. In einem ersten Speicherbereich des nicht flüchtigen Speichers sind Steuerdatensätze gespeichert, die jeweils einer zu steuernden Kraftfahrzeug-Komponente und/oder einem Kraftfahrzeug-Typ zugeordnet sind. Zum Applizieren eines Steuerdatensatzes wird dieser in einen zweiten Speicherbereich des nicht flüchtigen Speichers kopiert oder verschoben. Weiter wird ein zu applizierender Abschnitt des Steuerdatensatzes aus dem zweiten Speicherbereich in einen weiteren Speicher, vorzugsweise einen RAM-Speicher, gespeichert. Weiter wird die zu steuernde Kraftfahrzeug-Komponente unter Zugriff auf den im weiteren Speicher gespeicherten Steuerdatensatzabschnitt und gegebenenfalls auf die weiteren, im zweiten Speicherbereich gespeicherten Steuerdaten gesteuert, wobei die Steuerdaten des zu applizierenden Steuerdatensatzabschnitts aktualisiert werden und die aktualisierten Steuerdaten in den zweiten Speicherbereich zurückgeschrieben werden. Hierdurch kann eine schnelle Datenabstimmung bzw. Datenaktualisierung auf einem Steuergerät durchgeführt werden.
Die DE 39 29 176 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer elektromechanischen Lenkung. Hierbei wird mit Hilfe einer Steuereinheit ein Servomoment abhängig vom Lenkmoment bestimmt und eingestellt. Bei der Einstellung fließt zudem der Wert für die Lenkgeschwindigkeit ein, durch den ein Dämpfungsmoment bestimmt wird. Das Dämpfungsmoment dient als ein Einstellparameter für das Servomoment.
Auch die DE 10 2005 023 539 B4 zeigt ein solches Verfahren. Als weiterer Einstellparameter wird ein Zusatzhandmoment berücksichtigt. Somit erfolgt das Bestimmen und Einstellen des Servomoments nicht nur in Abhängigkeit vom Lenkmoment sondern auch vom Zusatzhandmoment.
Aus der gattungsgemäßen DE 44 02 423 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer elektromechanischen Lenkung bekannt, bei dem durch eine Steuereinheit ein Servomoment in Abhängigkeit eines erfassten Lenkmoments bestimmt und eingestellt wird. Eine Entscheidungseinheit bestimmt abhängig vom Lenkmoment einen Einstellparameter, der einen Rückführzustand repräsentiert. Das Servomoment wird in Abhängigkeit vom Einstellparameter verändert.
Es stellt sich das technische Problem, eine elektromechanische Lenkung und ein Verfahren zur Steuerung einer elektromechanischen Lenkung zu schaffen, deren im Betrieb eines Kraftfahrzeugs erzeugtes Lenkgefühl und/oder deren bereitgestellte Komfortfunktionen z.B. auf Kundenwunsch anpassbar ist, wobei Sicherheitsanforderungen an die elektromechanische Lenkung auch bei einem angepassten Lenkgefühl und/oder speziellen Komfortfunktionen erfüllt sind.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung einer elektromechanischen Lenkung, wobei mindestens eine erste Steuereinheit ein Servomoment mindestens einer ersten Einheit zur Erzeugung eines Servomoments in Abhängigkeit mindestens eines Lenkmoments bestimmt und einstellt. Die erste Steuereinheit kann hierbei beispielsweise ein Lenkungssteuergerät der elektromechanischen Lenkung sein. Das Lenkmoment kann von einem Sensor zur Erfassung des Lenkmoments erfasst werden und datentechnisch an die erste Steuereinheit übertragen werden. Der Sensor zur Erfassung des Lenkmoments kann z.B. in einer Lenksäule der elektromechanischen Lenkung angeordnet sein. Der Sensor zur Erfassung des Lenkmoments misst hierbei das von einem Kraftfahrzeugführer z.B. mittels eines Lenkrads auf die Lenksäule aufgebrachte Drehmoment. Auch kann das Lenkmoment aus weiteren Zustandsgrößen der Lenkung, beispielsweise einer Torsionssteifigkeit der Lenksäule und einem Lenkwinkel geschätzt werden. Das von einem Sensor erfasste oder das geschätzte Lenkmoment und von der ersten Steuereinheit zur Bestimmung des Servomoments genutzte Lenkmoment wird im Folgenden als erfasstes Lenkmoment bezeichnet.
Selbstverständlich kann die erste Steuereinheit das Servomoment auch in Abhängigkeit weiterer Größen, z.B. eines Lenkwinkels und/oder einer Lenkwinkelgeschwindigkeit, berechnen. Zur Bestimmung des Servomoments können z.B. so genannte Lenkunterstützungskennlinien verwendet werden. Diese Kennlinien stellen einen Zusammenhang zwischen dem erfassten Lenkmoment und dem Servomoment her. Die erste Steuereinheit regelt oder steuert eine Einheit zur Erzeugung eines Servomoments, beispielsweise einen Servomotor. Das von der ersten Steuereinheit bestimmte Servomoment dient hierbei als Führungsgröße für die Regelung des Servomotors. Der Servomotor erzeugt ein resultierendes Servomoment, welches er, in der Regel mittels eines Getriebes, auf eine Lenkzahnstange der elektromechanischen Lenkung aufbringt. Die Lenkzahnstange ist hierbei mit lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeugs mechanisch verbunden.
In Abhängigkeit von mindestens einem Lenkmoment bestimmt mindestens eine Berechnungseinheit mindestens einen Einstellparameter nach einer Berechnungsvorschrift. Die Berechnungseinheit kann hierbei ein separates Steuergerät sein. Vorzugsweise ist die Berechnungseinheit jedoch in die erste Steuereinheit, also z.B. das Lenkungssteuergerät, integriert. Hierbei ist die Berechnungseinheit in einer besonders bevorzugten Weise in einem abgesicherten Speicherbereich der ersten Steuereinheit angeordnet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass z.B. ein fehlerhaftes Beeinflussen, z.B. ein Überschreiben, weiterer Speicherbereiche der ersten Steuereinheit durch die Berechnungseinheit unmöglich ist. Die erste Steuereinheit kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgeführt sein, wobei die Berechnungseinheit in einem abgesicherten Speicherbereich des Mikrocontrollers angeordnet ist. Die Berechnungseinheit bestimmt gemäß der Berechnungsvorschrift mindestens aus dem erfassten Lenkmoment mindestens einen Einstellparameter. Der Einstellparameter kann z.B. ein Zusatzmoment oder ein Verstärkungsfaktor sein.
Eine Einstelleinheit verändert das von der ersten Steuereinheit bestimmte Servomoment und/oder das erfasste Lenkmoment in Abhängigkeit des mindestens einen Einstellparameters. Das erfasste Lenkmoment bezeichnet hierbei das der ersten Steuereinheit als Eingangsgröße zugeführte und zur Bestimmung des Servomoments genutzte Lenkmoment. Die Einstelleinheit verändert hierbei also nur das erfasste Lenkmoment, nicht das von der Berechnungseinheit zur Bestimmung des mindestens einen Einstellparameters genutzte Lenkmoment. Vorzugsweise wird jedoch das von der Berechnungseinheit genutzte Lenkmoment und das Lenkmoment, welches als Eingangsgröße für die erste Steuereinheit dient, von z.B. demselben Sensor zur Erfassung des Lenkmoments gemessen.
Die Einstelleinheit kann also ein erfasstes Lenkmoment und/oder ein von der ersten Steuereinheit bestimmtes Servomoment verstärken oder abschwächen. Ist der Einstellparameter z.B. ein Zusatzmoment, so ist mittels der Einstelleinheit z.B. eine Addition von dem von der ersten Steuereinheit bestimmten Servomoment und dem Zusatzmoment durchführbar. Ist der mindestens eine Einstellparameter ein Verstärkungsfaktor, so ist z.B. mittels der Einstelleinheit eine Multiplikation des von der ersten Steuereinheit bestimmten Servomoments mit dem Verstärkungsfaktor durchführbar.
Mittels der Einstelleinheit ist demzufolge das von der ersten Steuereinheit z.B. gemäß einer Lenkunterstützungskennlinie bestimmte Servomoment, welches als Führungsgröße für z.B. eine Regelung des Servomotors dient, veränderbar. Alternativ oder kumulativ ist mittels der Einstelleinheit auch das, z.B. von einem Sensor zur Erfassung des Lenkmoments, erfasste Lenkmoment veränderbar. Hierbei berechnet die erste Steuereinheit das Servomoment aus einem veränderten erfassten Lenkmoment.
Vorzugsweise ist die Berechnungseinheit programmierbar. Unter programmierbar wird hierbei verstanden, dass mindestens eine Berechnungsvorschrift und/oder Parameter einer Berechnungsvorschrift einstellbar sind. Hierzu weist die Berechnungseinheit z.B. eine Schnittstelle zur Programmierung auf. Die Schnittstelle kann hierbei drahtlos oder kabelgebunden ausgebildet sein. Durch eine Programmierbarkeit der Berechnungseinheit ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein von der ersten Steuereinheit im Betrieb des Fahrzeugs erzeugtes Lenkgefühl ein- oder mehrmalig angepasst werden kann. So ist z.B. eine Anpassung durch einen Fahrzeughersteller oder eine Vertragswerkstatt möglich. Vorstellbar ist auch, das Lenkgefühl mittels einer Programmierung der Berechnungseinheit an ein vom Kunden oder Kraftfahrzeugführer gewünschtes Lenkgefühl anzupassen. Z.B. kann vor jeder Fahrt eine kraftfahrzeugführerspezifische Programmierung der Berechnungseinheit durchgeführt werden. Ist z.B. mittels eines Fahrzeugschlüssels eine Identität des Kraftfahrzeugführers feststellbar, so kann in Abhängigkeit einer erfassten Identität eine Programmierung der Berechnungseinheit durchgeführt werden, wodurch in vorteilhafter Weise ein identitätsspezifisches Lenkgefühl erzeugt werden kann.
Weiter vorteilhaft können mittels der programmierbaren Berechnungseinheit weitere Komfortfunktionen der elektromechanischen Lenkung realisiert werden. Eine Komfortfunktion ist beispielsweise eine Rückstellfunktion der Lenkung mit einer bestimmten Lenkwinkelgeschwindigkeit.
Erfindungsgemäß überwacht eine Überwachungseinheit den von der mindestens einen Berechnungseinheit bestimmten Einstellparameter. Die Überwachungseinheit überwacht z.B., ob der Einstellparameter innerhalb eines vorbestimmten Intervalls des Einstellparameters liegt oder ob weitere, von mindestens dem Einstellparameter abhängende, Sicherheitskriterien erfüllt sind. Weiter passt die Überwachungseinheit den mindestens einen Einstellparameter an, wenn z.B. Sicherheitskriterien nicht erfüllt sind. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass z.B. auch für ein von der Einstelleinheit verändertes Servomoment ein sicherer Betrieb des Kraftfahrzeugs gewährleistet wird. Z.B. kann die Überwachungseinheit eine Veränderung des Servomoments und/oder des erfassten Lenkmoments in Abhängigkeit des mindestens einen Einstellparameters abbrechen. Weiter ist vorstellbar, den mindestens einen Einstellparameter auf einen unteren oder oberen Schwellwert des Einstellparameters zurückzuführen. Weiter kann die Überwachungseinheit z.B. bei einem Abbruch der Veränderung des Servomoments und/oder des erfassten Lenkmoments eine Lenkungsdämpfung durchführen. Bei einer Lenkungsdämpfung passt die Überwachungseinheit den mindestens einen Einstellparameter derart an, dass z.B. mittels des von dem Servomotor auf die Lenkzahnstange aufgebrachten Servomoments ein vorbestimmtes Gegenmoment zum Lenkmoment des Kraftfahrzeugführers in der Lenksäule erzeugbar ist. Hierdurch können Lenkungsvorgänge abgedämpft werden.
Weiter kann die Überwachungseinheit den mindestens einen Einstellparameter anpassen, wenn z.B. ein Sicherheitskriterium für eine vorbestimmte Zeitdauer verletzt ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte Stetigkeit des Lenkgefühls.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht somit in vorteilhafter Weise, ein im Betrieb des Kraftfahrzeugs erzeugtes Lenkgefühl anzupassen, ohne einen hohen Aufwand zur Anpassung der ein ursprüngliches Lenkgefühl erzeugenden Steuereinheit oder Software leisten zu müssen, wobei weiterhin alle Sicherheitsanforderungen an die elektromechanische Lenkung erfüllt sind.
In einer weiteren Ausführungsform wertet die Überwachungseinheit den mindestens einen Einstellparameter aus und passt diesen an, falls mindestens ein von dem mindestens einen Einstellparameter abhängendes Sicherheitskriterium nicht erfüllt ist. Beispielsweise passt die Überwachungseinheit den mindestens einen Einstellparameter an, falls der mindestens eine Einstellparameter kleiner als ein unterer Schwellwert oder größer als ein oberer Schwellwert für den mindestens einen Einstellparameter ist. Auch andere, nicht schwellwertbasierte Sicherheitskriterien können verwendet werden. Hierbei kann das Sicherheitskriterium nicht nur von dem mindestens einen Einstellparameter, sondern auch von weiteren Eingangsgrößen der Überwachungseinheit abhängen. Dies wird später erläutert. Durch die Anpassung des mindestens einen Einstellparameters bei einem nicht erfüllten Sicherheitskriterium ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass auch bei einer Änderung eines erfassten Lenkmoments und/oder eines von der ersten Steuereinheit berechneten Servomoments durch die Einstelleinheit Sicherheitsanforderungen der elektromechanischen Lenkung eingehalten werden.
In einer weiteren Ausführungsform bestimmt die Berechnungseinheit den mindestens einen Einstellparameter in Abhängigkeit von mindestens einer weiteren Eingangsgröße der Berechnungseinheit. Der Einstellparameter kann hierbei neben dem Lenkmoment auch von weiteren lenkungssystem- und/oder fahrzeugspezifischen Zustandsgrößen abhängen. Als weitere Eingangsgrößen für die Berechnungseinheit können z.B. eine oder mehrere Zustandsgrößen der Gruppe Lenkwinkel, Lenkwinkelgeschwindigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit, Radlenkwinkel, Rotorlage des Servomotors, Querbeschleunigung, Gierrate und weitere lenkungssystem- und/oder fahrzeugspezifische Zustandsgrößen verwendet werden. Auch das von der ersten Steuereinheit berechnete Servomoment kann als Eingangsgröße für die Berechnungseinheit verwendet werden. Weiter kann als Eingangsgröße der Berechnungseinheit ein Zustand „Hände am Lenkrad“ (hands on) und/oder ein Zustand „Hände nicht am Lenkrad“ (hands off) verwendet werden. Der Zustand „hands on“ und/oder „hands off” kann beispielsweise von einer Detektionseinheit detektiert werden. Die Detektionseinheit kann den Zustand „hands on“ und/oder „hands off” beispielsweise in Abhängigkeit des Lenkmoments detektieren. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass der mindestens eine Einstellparameter und damit ein Lenkgefühl an bestimmte Fahrsituationen angepasst werden kann, die mittels der weiteren Eingangsgröße der Berechnungseinheit identifizierbar sind.
In einer weiteren Ausführungsform bestimmt die Berechnungseinheit mindestens eine resultierende Zustandsgröße aus dem Lenkmoment und/oder aus der mindestens einen weiteren Eingangsgröße der Berechnungseinheit, wobei die Berechnungseinheit den mindestens einen Einstellparameter in Abhängigkeit von der mindestens einen resultierenden Zustandsgröße bestimmt. Eine resultierende Zustandsgröße kann hierbei beispielsweise eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs und/oder eine Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sein. Eine resultierende Zustandsgröße ist somit keine Eingangsgröße der Berechnungseinheit, sondern wird von der Berechnungseinheit in Abhängigkeit der weiteren Eingangsgrößen der Berechnungseinheit bestimmt, z.B. mittels modellbasierter Berechnungsvorschriften für die resultierende Zustandsgröße. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine weiter verbesserte Berechnung des mindestens einen Einstellparameters, insbesondere eine an bestimmte Fahrsituationen angepasste Berechnung, möglich ist.
Es existieren mehrere Möglichkeiten der Berechnung des mindestens einen Einstellparameters. So wird z.B. mittels der Berechnungseinheit ein bestimmter Einstellparameter, beispielsweise ein Zusatzmoment, bei einem detektierten Zustand „hands on“ bestimmt.
Bei einem detektierten Zustand „hands off” ist z.B. ein kleineres Zusatzmoment als im Zustand „hands on“ durch die Berechnungseinheit zu bestimmen. Wird ein Zustand „hands off” detektiert und weisen der Lenkwinkel und die Lenkwinkelgeschwindigkeit das gleiche Vorzeichen auf, so kann beispielsweise das gleiche Zusatzmoment wie bei einem detektierten Zustand „hands on“ bestimmt werden. Alternativ oder kumulativ kann ein Zusatzmoment bei gleichem oder ungleichem Vorzeichen des Lenkwinkels und der Lenkwinkelgeschwindigkeit derart bestimmt werden, dass resultierende Zustandsgrößen, also z.B. vorbestimmte Querbeschleunigungen und/oder vorbestimmte Giergeschwindigkeiten, nicht überschritten werden.
In einer weiteren Ausführungsform wertet die Überwachungseinheit neben dem mindestens einen Einstellparameter mindestens eine weitere Eingangsgröße der Überwachungseinheit aus und passt den mindestens einen Einstellparameter an, falls mindestens ein von der mindestens einen weiteren Eingangsgröße der Überwachungseinheit abhängiges Sicherheitskriterium nicht erfüllt ist. Als Eingangsgröße der Überwachungseinheit können hierbei eine oder mehrere der vorhergehend als Eingangsgrößen der Berechnungseinheit angeführten Eingangsgrößen verwendet werden.
Beispielsweise kann eine Veränderung des Lenkmoments und/oder des Servomoments durch die Einstelleinheit abgebrochen werden, falls der Zustand „hands off” detektiert wird. Selbstverständlich können in analoger Weise auch Sicherheitskriterien für die weiteren Eingangsgrößen der Überwachungseinheit verwendet werden. Insbesondere ist auch vorstellbar, eine Kombination aus mehreren Sicherheitskriterien, die von einer oder mehreren Eingangsgrößen der Überwachungseinheit abhängen, auszuwerten und gegebenenfalls den mindestens einen Einstellparameter anzupassen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass eine Überwachung des Einstellparameters an bestimmte Fahrsituationen angepasst werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform bestimmt die Überwachungseinheit mindestens eine resultierende Zustandsgröße aus dem mindestens einen Einstellparameter und/oder der mindestens einen weiteren Eingangsgröße der Überwachungseinheit und passt den Einstellparameter an, falls mindestens ein von der mindestens einen resultierenden Zustandsgröße abhängiges Sicherheitskriterium nicht erfüllt ist. Eine resultierende Zustandsgröße kann hierbei beispielsweise eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs und/oder eine Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sein. Eine resultierende Zustandsgröße ist somit keine Eingangsgröße der Überwachungseinheit, sondern wird von der Überwachungseinheit in Abhängigkeit des Einstellparameters und/oder der weiteren Eingangsgrößen der Überwachungseinheit bestimmt, z.B. mittels modellbasierter Berechnungsvorschriften für die resultierende Zustandsgröße. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine weiter verbesserte Anpassung der Überwachung an bestimmte Fahrsituationen möglich ist. Insbesondere sind hierdurch zukünftige, durch den Einstellparameter bedingte, unzulässige Fahrzustände verhinderbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform vergleicht die Überwachungseinheit den mindestens einen Einstellparameter mit mindestens einem Schwellwert für den Einstellparameter und passt den mindestens einen Einstellparameter an, falls der mindestens eine Einstellparameter größer als der Schwellwert ist. Der Schwellwert kann hierbei auch als oberer Schwellwert bezeichnet werden. Selbstverständlich kann die Überwachungseinheit den mindestens einen Einstellparameter auch alternativ oder kumulativ mit einem unteren Schwellwert vergleichen und den mindestens einen Einstellparameter anpassen, falls der Einstellparameter kleiner als der untere Schwellwert ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein schwellwertbasiertes und daher einfach zu implementierendes Sicherheitskriterium. Der untere und/oder der obere Schwellwert kann hierbei fest vorbestimmt, beispielsweise in der Berechnungseinheit oder einem separaten Speicher gespeichert sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Schwellwert in Abhängigkeit von der mindestens einen weiteren Eingangsgröße der Überwachungseinheit und/oder in Abhängigkeit der mindestens einen resultierenden Zustandsgröße bestimmt. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass der untere und/oder der obere Schwellwert und hierdurch das Sicherheitskriterium an eine bestimmte Fahrsituation angepasst wird. Es existieren hierfür verschiedene Möglichkeiten, die alternativ oder kumulativ zur Bestimmung des Schwellwerts genutzt werden können. Die nachfolgend angeführten Möglichkeiten zur Bestimmung des Schwellwerts können in analoger Weise auch zur Berechnung des mindestens einen Einstellparameters mittels der Berechnungseinheit genutzt werden.
In einer ersten Möglichkeit ist der untere und/oder der obere Schwellwert abhängig von dem Zustand „hands on“ und/oder „hands off”. Ist der mindestens eine Einstellparameter wie vorhergehend geschildert ein Zusatzmoment, so darf dieses bei einem Zustand „hands on“ beispielsweise nicht größer als ein vorbestimmter Wert, beispielsweise 2,5 Nm, sein. Auch ist vorstellbar, dass der untere und/oder der obere Schwellwert zusätzlich abhängig von einer Zeitdauer ist. Beispielsweise kann in einem Zustand „hands on“ der obere Schwellwert für eine erste Zeitdauer, beispielsweise 1 Sekunde, einen ersten Wert, beispielsweise 3,5 Nm, einnehmen und für eine zweite, sich an die erste anschließende Zeitdauer, einen zweiten Wert, der kleiner als der erste Wert ist, beispielsweise 2,5 Nm, annehmen.
Ein im Zustand „hands on“ eingestellter unterer und/oder oberer Schwellwert wird im Folgenden auch als Basisschwellwert bezeichnet. Für einen detektierten „hands off”-Zustand ist der obere Schwellwert niedriger und der untere Schwellwert höher als bei einem detektierten „hands on“-Zustand zu wählen.
Weiter kann der untere und/oder der obere Schwellwert abhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Ist z.B. die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer definierten Schwelle, so darf der mindestens eine Einstellparameter nicht größer und/oder kleiner als der vorhergehend genannte Basisschwellwert sein. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit, so kann z.B. der obere Schwellwert verringert und/oder der untere Schwellwert erhöht werden. Vorstellbar ist auch, dass ein Betrag des Schwellwerts mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit, z.B. linear, abnimmt.
Weiter kann der untere und/oder der obere Schwellwert in Abhängigkeit von einem Lenkwinkel bestimmt werden. Befindet sich die elektromechanische Lenkung in einem definierten Mittenbereich, liegt also der Lenkwinkel innerhalb eines vorbestimmten Lenkwinkelintervalls, z.B. einem Lenkintervall um 0°, so kann der mindestens eine Einstellparameter beispielsweise innerhalb eines durch den unteren und den oberen Basisschwellwert festgelegten Intervalls befinden. Liegt der Lenkwinkel außerhalb des vorbestimmten Lenkwinkelintervalls, so kann beispielsweise der obere Schwellwert im Vergleich zum Basisschwellwert reduziert und/oder der untere Schwellwert im Vergleich zum Basisschwellwert erhöht werden.
Weiter kann der obere und/oder der untere Schwellwert abhängig von einem Lenkwinkel, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit und dem Zustand „hands off“ sein. Ist ein Zustand „hands off” detektiert und haben der Lenkwinkel und die Lenkwinkelgeschwindigkeit das gleiche Vorzeichen, so bewegt sich ein Lenkrad zu einer Mitte (Geradeausfahrt) hin. Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass keine Gefahr besteht, eine Fahrbahn zu verlassen. Für diesen Fall kann beispielsweise der obere und/oder der untere Schwellwert gleich dem Basisschwellwert sein.
Haben der Lenkwinkel und die Lenkwinkelgeschwindigkeit ein gleiches Vorzeichen, so können der untere und/oder der obere Schwellwert derart gewählt werden, dass eine vorbestimmte Querbeschleunigung und/oder Giergeschwindigkeit, die als resultierende Zustandsgrößen von der Überwachungseinheit berechnet wurden, nicht überschritten werden.
Ändert sich die mindestens eine weitere Eingangsgröße der Überwachungseinheit oder die resultierende Zustandsgröße in einem absoluten oder relativen Maße, so können für einen vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise eine Zeitdauer von 1 s, die eingestellten Schwellwerte für einen vorbestimmten, vorzugsweise kurzen, Zeitraum eingestellt bleiben, um ein stetigeres Lenkgefühl zu gewährleisten.
Für einen Bereich hoher Geschwindigkeiten kann außerdem mittels der Überwachungseinheit überwacht werden, dass ein Gradient des mittels der Einstelleinheit veränderten Servomoments innerhalb vorbestimmter Grenzen liegt, wodurch in vorteilhafter Weise Unstetigkeiten in der Lenkunterstützung vermieden werden können.
Weiter vorgeschlagen wird eine elektromechanische Lenkung, die mindestens eine erste Steuereinheit und mindestens eine erste Einheit zur Erzeugung eines Servomoments umfasst. Mittels der ersten Steuereinheit ist das Servomoment mindestens in Abhängigkeit von einem Lenkmoment bestimmbar und einstellbar. Weiter umfasst die elektromechanische Lenkung mindestens eine Berechnungseinheit, mindestens eine Überwachungseinheit und mindestens eine Einstelleinheit, wobei mittels der elektromechanischen Lenkung mindestens eines der vorhergehend angeführten Verfahren durchführbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die elektromechanische Lenkung mindestens eine Einheit zur Erfassung oder Bestimmung mindestens einer weiteren lenkungssystems- oder fahrzeugspezifischen Zustandsgröße. Dies kann beispielsweise ein Sensor zur Erfassung des Lenkmoments sein. Weiter kann diese Einheit eine Einheit zur Detektion eines „hands on“-Zustands und/oder eines „hands off”-Zustands sein. Weiter kann diese Einheit eine Einheit zur Erfassung oder Schätzung der vorhergehend als Eingangsgrößen der Berechnungseinheit oder Eingangsgrößen der Überwachungseinheit angeführten Zustandsgrößen sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine elektromechanische Lenkung, mittels derer ein im Betrieb eines Kraftfahrzeugs erzeugtes Lenkgefühl an z.B. einen Kraftfahrzeugführerwunsch anpassbar ist, wobei alle notwendigen Sicherheitsanforderungen an die elektromechanische Lenkung weiter erfüllt sind.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigt:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer elektromechanischen Lenkung und
2 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren elektromechanischen Lenkung.

1 zeigt eine elektromechanische Lenkung 1. Die elektromechanische Lenkung 1 umfasst ein Lenkrad 2, eine Lenksäule 3, eine Lenkzahnstange 4, einen Servomotor 5 und ein Lenkungssteuergerät 6. Die Lenksäule 3 ist hierbei mechanisch, beispielsweise über ein nicht dargestelltes Getriebe, mit der Lenkzahnstange 4 verbunden. Ebenfalls ist der Servomotor 5 über ein Getriebe 7 mit der Lenkzahnstange 4 verbunden. Die elektromechanische Lenkung 1 umfasst weiter einen Sensor 8 zur Erfassung eines Lenkwinkels φ. In 1 ist dargestellt, dass der Sensor 8 ebenfalls zur Erfassung einer Lenkwinkelgeschwindigkeit φ̇ dient. Selbstverständlich kann die Lenkwinkelgeschwindigkeit φ̇ auch mittels eines weiteren Sensors erfasst werden. Weiter umfasst die elektromechanische Lenkung 1 einen Sensor 9 zur Erfassung eines Lenkmoments T_LM und einen Sensor 10 zur Erfassung einer Rotorlage. Weiter umfasst die elektromechanische Lenkung 1 eine Einheit 11 zur Detektion eines Zustandes „hands on“ und eines Zustandes „hands off“. Weiter umfasst die elektromechanische Lenkung 1 eine Überwachungseinheit 12 und eine Einstelleinheit 13, die in 1 als Einheit zur Addition ausgebildet ist. Das Lenkungssteuergerät weist in einem ersten Speicherabschnitt eine erste Steuereinheit 14 auf, die ein Servomoment T_SM in Abhängigkeit des erfassten Lenkmoments T_LM', der Lenkwinkelgeschwindigkeit φ̇ und dem Lenkwinkel φ bestimmt. Als das erfasste Lenkmoment T_LM' wird hierbei das Lenkmoment T_LM bezeichnet, welches von der ersten Steuereinheit 14 zur Bestimmung des Servomoments T_SM genutzt wird. Eine Berechnungseinheit 15 ist in einem weiteren Speicherabschnitt des Lenkungssteuergeräts 6 angeordnet, wobei der erste Speicherabschnitt und der weitere Speicherabschnitt gegeneinander abgesichert sind. Die Berechnungseinheit 15 bestimmt in Abhängigkeit des Lenkwinkels φ, der Lenkwinkelgeschwindigkeit φ̇, des Lenkmoments T_LM , des Zustands „hands on“ und einer Fahrzeuggeschwindigkeit v ein Zusatzmoment T_H . Die Fahrzeuggeschwindigkeit v wird hierbei von einem Sensor 17 zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit v erfasst. Die Berechnungseinheit 15 weist hierbei eine Programmierschnittstelle 16 auf, mittels derer eine Berechnungsvorschrift und/oder mindestens ein Parameter einer Berechnungsvorschrift der Berechnungseinheit 15 einstellbar oder anpassbar sind. Die Überwachungseinheit 12 überwacht das Zusatzmoment T_H in Abhängigkeit weiterer Eingangsgrößen der Überwachungseinheit 12, nämlich des Zustandes „hands on“ oder „hands off”, des Lenkwinkels φ, der Lenkwinkelgeschwindigkeit φ̇ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v. Ist ein von mindestens dem Zusatzmoment T_H und den weiteren Eingangsgrößen der Überwachungseinheit 12 abhängiges Sicherheitskriterium nicht erfüllt, so passt die Überwachungseinheit 12 das Zusatzmoment T_H an. Ein gegebenenfalls angepasstes Zusatzmoment T_H' wird dann mittels der Einstelleinheit 13 auf das Servomoment T_SM addiert. Hieraus resultiert das veränderte Servomoment T_SM'. Das veränderte Servomoment T_SM' dient als Führungsgröße für den Servomotor 5. Durch die dargestellte elektromechanische Lenkung 1 lässt sich folglich das Servomoment T_SM anpassen, wodurch ein gewünschtes Lenkgefühl im Betrieb des Kraftfahrzeugs für einen Kraftfahrzeugführer erzeugbar ist, alle Sicherheitsanforderungen jedoch weiter erfüllt sind.
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren elektromechanischen Lenkung 1a. Die weitere elektromechanische Lenkung 1a ist ähnlich zu der in 1 dargestellten elektromechanischen Lenkung 1 aufgebaut. In der weiteren elektromechanischen Lenkung 1a verändert eine Einstelleinheit 13 das erfasste Lenkmoment T_LM' anstelle des von einer ersten Steuereinheit 14 berechneten Servomoments T_SM. Ein von einer Berechnungseinheit 15 berechnetes Zusatzmoment T_H wird analog zu 1 von einer Überwachungseinheit 12 überwacht und gegebenenfalls auf ein angepasstes Zusatzmoment T_H' angepasst.
Bezugszeichenliste

1: elektromechanische Lenkung
1a: weitere elektromechanische Lenkung
2: Lenkrad
3: Lenksäule
4: Lenkzahnstange
5: Servomotor
6: Lenkungssteuergerät
7: Getriebe
8: Sensor zur Erfassung eines Lenkwinkels und einer Lenkwinkelgeschwindigkeit
9: Sensor zur Erfassung eines Lenkmoments
10: Sensor zur Erfassung einer Rotorlage
11: Einheit zur Detektion
12: Überwachungseinheit
13: Einstelleinheit
14: erste Steuereinheit
15: Berechnungseinheit
16: Programmierschnittstelle
φ: Lenkwinkel
φ̇: Lenkwinkelgeschwindigkeit
T_SM: Servomoment
T_LM: Lenkmoment
T_H: Zusatzmoment
v: Fahrzeuggeschwindigkeit
T_H': angepasstes Zusatzmoment
T_SM': verändertes Servomoment
T_M': erfasstes Lenkmoment

Claims

Verfahren zur Steuerung einer elektromechanischen Lenkung (1, 1a), wobei mindestens eine erste Steuereinheit (14) ein Servomoment (T_SM) mindestens einer ersten Einheit zur Erzeugung eines Servomoments (T_SM) in Abhängigkeit mindestens eines erfassten Lenkmoments (T_LM') bestimmt und einstellt, wobei mindestens eine Berechnungseinheit (15) in Abhängigkeit von mindestens einem Lenkmoment (T_LM) mindestens einen Einstellparameter nach einer Berechnungsvorschrift bestimmt und eine Einstelleinheit (13) das von der ersten Steuereinheit (14) bestimmte Servomoment (T_SM) und/oder das erfasste Lenkmoment (T_LM') in Abhängigkeit des mindestens einen Einstellparameters verändert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinheit (12) den mindestens einen Einstellparameter überwacht und anpasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (12) den mindestens einen Einstellparameter auswertet und anpasst, falls mindestens ein von dem mindestens einen Einstellparameter abhängendes Sicherheitskriterium nicht erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (15) den mindestens einen Einstellparameter in Abhängigkeit von mindestens einer weiteren Eingangsgröße der Berechnungseinheit (15) bestimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (15) mindestens eine resultierende Zustandsgröße aus dem Lenkmoment (T_LM) und/oder der mindestens einen weiteren Eingangsgröße der Berechnungseinheit (15) bestimmt und den mindestens einen Einstellparameter in Abhängigkeit von der mindestens einen resultierenden Zustandsgröße bestimmt.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (12) neben dem mindestens einen Einstellparameter mindestens eine weitere Eingangsgröße der Überwachungseinheit (12) auswertet und den mindestens einen Einstellparameter anpasst, falls mindestens ein von der mindestens einen weiteren Eingangsgröße der Überwachungseinheit (12) abhängiges Sicherheitskriterium nicht erfüllt ist.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (12) mindestens eine resultierende Zustandsgröße aus dem mindestens einen Einstellparameter und/oder der mindestens einen weiteren Eingangsgröße der Überwachungseinheit (12) bestimmt und den mindestens einen Einstellparameter anpasst, falls mindestens ein von der mindestens einen resultierenden Zustandsgröße abhängiges Sicherheitskriterium nicht erfüllt ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (12) den mindestens eine Einstellparameter mit mindestens einem Schwellwert für den Einstellparameter vergleicht und den mindestens einen Einstellparameter anpasst, falls der mindestens eine Einstellparameter größer als der Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert fest vorbestimmt oder in Abhängigkeit von der mindestens einen weiteren Eingangsgröße der Überwachungseinheit (12) und/oder in Abhängigkeit der mindestens einen resultierenden Zustandsgröße bestimmt wird.
Elektromechanische Lenkung (1, 1a), wobei die elektromechanische Lenkung mindestens eine erste Steuereinheit (14) und mindestens eine erste Einheit zur Erzeugung eines Servomoments (T_SM) umfasst, wobei mittels der ersten Steuereinheit (14) das Servomoment (T_SM) mindestens in Abhängigkeit von einem erfassten Lenkmoment (T_LM') bestimmbar und einstellbar ist, wobei die elektromechanische Lenkung (1, 1a) mindestens eine Berechnungseinheit (15), mindestens eine Überwachungseinheit (12) und mindestens eine Einstelleinheit (13) umfasst, wobei mittels der Berechnungseinheit (15) in Abhängigkeit von mindestens einem Lenkmoment (T_LM) mindestens ein Einstellparameter nach einer Berechnungsvorschrift bestimmbar ist, wobei mittels der Einstelleinheit (13) das von der ersten Steuereinheit (14) bestimmte Servomoment (T_SM) und/oder das erfasste Lenkmoment (T_LM') in Abhängigkeit des mindestens einen Einstellparameters veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Überwachungseinheit (12) der mindestens eine Einstellparameter überwachbar und anpassbar ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Lenkung (1, 1a) mindestens eine Einheit zur Erfassung oder Bestimmung mindestens einer weiteren lenkungssystem- oder fahrzeugspezifischen Zustandsgröße umfasst.