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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Rückstellmoments an einer Lenkhandhabe eines Kraftwagens mit einer elektromechanischen Fremdkraftlenkvorrichtung, also zum Einstellen eines Moments, welches einem Lenkausschlag der Lenkhandhabe entgegenwirkt und diese wieder in ihre Neutralstellung zu bewegen trachtet.
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Kraftwagen können mit elektromechanischen Lenksystemen ausgestattet werden, bei welchen keine mechanische bzw. hydraulische Kopplung zwischen einer Lenkhandhabe und einer gelenkten Fahrzeugachse vorliegt. Solche Lenksysteme sind als Fremdkraftlenkung bzw. Steer-by-Wire-Lenkung bekannt.
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Durch den Wegfall der mechanischen Kopplung wirken die an den gelenkten Rädern auftretenden Momente nicht mehr auf die Lenkhandhabe zurück. Der Fahrer eines solchen Kraftwagens erhält also keine unmittelbare haptische Rückmeldung über die auftretenden Lenkmomente. Eine derartige Rückmeldung ist jedoch von Bedeutung, um dem Fahrer eine Beurteilung des aktuellen fahrdynamischen Zustandes des Kraftwagens zu ermöglichen. Gleichzeitig verhindern die bei üblichen Kraftwagen auf die Lenkhandhabe ausgeübten Rückstellkräfte schnelle, ungewollte Lenkvorgaben durch den Fahrer und lassen den Fahrer deutlich erkennen, ob sich die Lenkhandhabe in Neutralstellung befindet oder eine Lenkkraft auf die Räder auswirkt. Der Wegfall dieser haptischen Rückmeldung würde sich daher negativ auf die Fahrsicherheit und das Fahrgefühl auswirken können.
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Es ist deswegen üblich, bei elektromechanischen Fremdkraftlenkungen mittels eines Lenkmomentaktors ein Rückstellmoment auf die Lenkhandhabe auszuüben. Dies soll die übliche Kraftrückmeldung von den gelenkten Rädern simulieren und so die Fahrsicherheit und das Fahrgefühl verbessern.
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Zur Bestimmung des auszuübenden Rückstellmomentes werden üblicherweise die an den Rädern des Kraftwagens wirkenden Kräfte direkt oder indirekt gemessen, beispielsweise vermittels Sensoren in der Radnabe oder an der Spurstange erfolgen. Auf Grundlage der gemessenen Momente wird bestimmt, welches Rückstellmoment bei einer konventionellen Lenkung auf die Lenkhandhabe wirken würde, und dieses Moment wird mittels des Lenkmomentenaktors eingestellt.
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Bei einem Ausfall eines Sensors zum Bestimmen der an den Rädern wirkenden Kräfte könnte das Rückstellmoment an der Lenkhandhabe nicht mehr zuverlässig eingestellt werden, die haptische Rückwirkung für den Fahrer entfiele daher mit den oben geschilderten negativen Konsequenzen. Noch problematischer wäre eine Fehlfunktion eines solchen Sensors, bei welcher der Sensor fehlerhafte Messergebnisse liefert. Die auf Grundlage dieser Messergebnisse bestimmten Rückstellmomente auf die Lenkhandhabe würden im Extremfall in keinem Zusammenhang mehr mit den tatsächlich auf Räder und Fahrwerk wirkenden Kräften stehen, wodurch dem Fahrer des Kraftwagens ein fahrdynamischer Zustand des Kraftwagens vorgespiegelt würde, der nicht der Realität entspricht. Dies würde die Fahrsicherheit beträchtlich beeinträchtigen.
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Durch die Verwendung redundanter Sensoren können solche Sensorausfälle erkannt werden. Dies führt jedoch zu erheblichen Mehrkosten bei der Fertigung des Kraftwagens.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welches auf kostengünstige Weise eine besonders sichere Einstellung von Rückstellmomenten auf die Lenkhandhabe eines Kraftwagens erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei einem solchen Verfahren wird zur Bestimmung eines einzustellenden Rückstellmoments auf eine Lenkhandhabe eine Kraft an einer Komponente der Lenkung gemessen. Diese Kraft ist abhängig von den tatsächlich auf die Räder des Kraftwagens wirkenden Rückstellmomenten. Um die Richtigkeit dieses gemessenen Wertes zu überprüfen, wird ferner wenigstens eine weitere von einem Fahrzustand abhängige Größe gemessen und auf deren Grundlage die auf die wenigstens eine Komponente der Lenkung wirkende Kraft abgeschätzt.
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Weicht dieser Schätzwert für die Kraft von der tatsächlich gemessenen Kraft deutlich an, so ist dies ein Anzeichen für eine Fehlfunktion in einem zur Messung der Kraft verwendeten Sensor. Zur Bestimmung des Rückstellmoments auf die Lenkhandhabe wird daher nur dann die gemessenen Kraft verwendet, wenn ein Absolutbetrag einer Differenz zwischen gemessener und geschätzter Kraft einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet. Andernfalls wird die gemessene Kraft verworfen und der Schätzwert für die Kraft zur Bestimmung des einzustellenden Rückstellmoments auf die Lenkhandhabe verwendet.
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Fällt der zur Messung der Kraft verwendete Sensor also aus oder liefert falsche Messwerte, so wird dies durch die Verwendung der Schätzwerte für die Kraft ausgeglichen. Die so bestimmten einzustellenden Rückstellmomente für die Lenkhandhabe sind zwar weniger genau als die auf einer gemessenen Kraft beruhenden, es kann so jedoch vermieden werden, dass die haptische Rückmeldung für den Fahrer vollständig entfällt oder dass dem Fahrer eine unrealistischer Fahrzustand des Kraftwagens vorgespiegelt wird. Zusätzliche Sensoren oder Steuereinrichtungen sind hierfür nicht notwendig, so dass ein Kraftwagen, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, besonders kostengünstig ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als auf eine Komponente der Lenkung wirkende Kraft eine auf eine Spurstange oder auf ein Rad wirkende Kraft gemessen. Ausgehend von diesen Kräften kann auf einfache Weise das auf ein Rad wirkende Rückstellmoment berechnet werden, so dass auch die Bestimmung des einzustellenden Rückstellmoments an der Lenkhandhabe besonders einfach ist.
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Vorzugsweise wird als weitere vom Fahrzustand abhängige Größe eine Querbeschleunigung und/oder eine Gierrate und/oder ein Lenkwinkel und/oder eine Fahrgeschwindigkeit gemessen. Auf Grundlage bekannter Fahrdynamikmodelle kann aus diesen Größen die auf die Komponente der Lenkung wirkende Kraft problemlos bestimmt werden. Da die genannten Größen zur Verwendung in üblichen Fahrerassistenzsystemen bereits gemessen werden, sind keine zusätzlichen Sensoren notwendig. Die Abhängigkeit der auf die Spurstange oder das Rad wirkenden Kraft von den genannten Größen kann unter Verwendung eines Differentialgleichungssystems in einem physikalischen Modell des Fahrwerks abgebildet werden. Qualitativ betrachtet, steigt die Spurstangenkraft mit steigender Querbeschleunigung, Gierrate und Lenkwinkel an.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der vorgegebene Schwellenwert in Abhängigkeit von der wenigstens einen vom Fahrzustand abhängigen Größe gewählt. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass die Schätzung der auf die Komponente der Lenkung wirkenden Kraft in ihrer Genauigkeit abhängig vom Fahrzustand des Kraftwagens ist. Damit wird sichergestellt, dass die gemessenen Werte für diese Kraft nicht fälschlicherweise aufgrund von Ungenauigkeiten der Schätzung verworfen werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierbei ein schematisches Flussschaubild zur Veranschaulichung von Steuerungsvorgängen bei der Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei Kraftwagen mit elektromechanischen Fremdkraftlenkungen besteht keine mechanische oder hydraulische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe des Kraftwagens – beispielsweise einem Lenkrad oder einem Joystick – und einer zu lenkenden Achse. Die Lenkung wird vielmehr durch Messung einer Stellung der Lenkhandhabe und durch entsprechendes Ansteuern eines elektromechanischen Aktors, der die eigentliche Lenkbewegung durchführt, bewerkstelligt.
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Aus diesem Grund findet keine direkte Kraftrückmeldung von den gelenkten Rädern auf die Lenkhandhabe statt. Eine derartige Kraftrückmeldung ist jedoch für die Fahrsicherheit und das Fahrgefühl wesentlich. Die haptische Rückmeldung informiert den Fahrer des Kraftwagens über den momentanen fahrdynamischen Zustand seines Kraftwagens, verhindert ungewollte Lenkbewegungen und ermöglicht dem Fahrer die Erkennung einer Neutralstellung der Lenkung.
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Um auch bei elektromechanischen Fremdkraftlenkungen eine solche Rückmeldung an den Fahrer zu ermöglichen, ist üblicherweise ein Lenkmomentenaktor vorgesehen, der beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein kann und eine Kraft auf die Lenkhandhabe ausübt. Die ausgeübte Kraft bzw. das ausgeübte Moment soll dabei die mechanische Kraftführung von den gelenkten Rädern zum Lenkrad eines konventionell gelenkten Kraftwagen simulieren.
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Um dies zu ermöglichen, wird in einem ersten Verfahrensschritt S10 eine an einer Spurstange des Kraftwagens wirkende Kraft ermittelt. Diese Kraft ist unmittelbar von den auf die Räder wirkenden Rückstellmomenten abhängig und kann daher zur Bestimmung des auf die Lenkhandhabe auszuübenden Rückstellmoments verwendet werden.
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Um zu verhindern, dass Messfehler durch einen fehlerhaften oder ganz ausgefallenen Kraftsensor zur Einstellung fehlerbehafteter Rückstellmomente auf die Lenkhandhabe führen, muss überprüft werden, ob die gemessene Kraft korrekt ist. Hierzu werden in Schritt S12 weitere vom Fahrzustand des Kraftwagens abhängige Größen gemessen. Besonders geeignet sind der Lenkwinkel, die Fahrgeschwindigkeit, die Querbeschleunigung und die Gierrate des Kraftwagens. Aus diesen Größen wird auf Grundlage eines Fahrdynamikmodells in Schritt S14 ein Schätzwert für die auf die Spurstange wirkende Kraft ermittelt.
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Aus dem gemessenen und geschätzten Wert für die auf die Spurstange wirkende Kraft wird in Schritt S16 eine Differenz gebildet, deren Betrag in Schritt S18 bestimmt wird. Im folgenden Schritt S20 wird überprüft, ob dieser Betrag unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt. Ist dies der Fall, so wird angenommen, dass die gemessene Kraft korrekt ist. Zur Berechnung des Rückstellmoments wird daher in Schritt S22 der Messwert ausgewählt, in Schritt S24 das einzustellende Rückstellmoment an der Lenkhandhabe auf Grundlage dieses Messwerts berechnet und in Schritt S26 mittels des Lenkmomentenaktors eingestellt.
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Liegt der Betrag dagegen nicht unterhalb des vorgegebenen Schwellenwertes, weicht also der Messwert deutlich vom Schätzwert ab, wird angenommen, dass der Sensor zum Messen der Kraft an der Spurstange defekt ist. In diesem Fall wird in Schritt S22 der Schätzwert ausgewählt und zur Berechnung des einzustellenden Rückstellmoments in Schritt S24 verwendet. Auch bei einer Fehlfunktion des Sensors zum Messen der Kraft an der Spurstange kann somit ein die aktuelle Fahrsituation widerspiegelndes Rückstellmoment auf die Lenkhandhabe ausgeübt werden.
