DE102011015696B4 - Method for setting at least one vehicle-specific friction value, method for adjusting at least one vehicle-specific friction value and device for adjusting at least one vehicle-specific friction value - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Einstellung mindestens eines initialen fahrzeugspezifischen Reibungswertes (RWl), wobei der mindestens eine initiale Reibungswert (RWl) eine Reibung in einem Lenksystems eines Kraftfahrzeugs repräsentiert, wobei das Lenksystem mindestens eine Zahnstange (8) umfasst, und
eine fahrzeugspezifische Verschiebekraft bestimmt wird, wobei die Verschiebekraft in Abhängigkeit eines Verlaufs einer zur Verschiebung der Zahnstange (8) über einen gesamten Verstellweg der Zahnstange (8) notwendigen Kraft bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor einer Inbetriebnahme des Lenksystems die fahrzeugspezifische Verschiebekraft bestimmt wird, wobei die Verschiebekraft als Mittelwert des Verlaufs der zur Verschiebung der Zahnstange notwendigen Kraft oder als eine maximale Kraft des Verlaufs der Kraft zur Verschiebung der Zahnstange bestimmt wird, wobei in Abhängigkeit der Verschiebekraft der mindestens eine initiale Reibungswert (RWl) bestimmt wird.
Method for setting at least one initial vehicle-specific friction value (RW l ), the at least one initial friction value (RW l ) representing friction in a steering system of a motor vehicle, the steering system comprising at least one rack (8), and
a vehicle-specific displacement force is determined, the displacement force being determined as a function of a curve of a force required to displace the rack (8) over an entire displacement path of the rack (8),
characterized in that
Before the steering system is put into operation, the vehicle-specific displacement force is determined, with the displacement force being determined as the mean value of the curve of the force required to move the rack or as a maximum force of the curve of the force to move the rack, with the at least one initial Friction value (RW l ) is determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung mindestens eines fahrzeugspezifischen Reibungswertes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung mindestens eines fahrzeugspezifischen Reibungswertes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 bzw. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention relates to a method for setting at least one vehicle-specific friction value according to the preamble of claim 1 and a method and a device for adjusting at least one vehicle-specific friction value according to the preamble of
In modernen Kraftfahrzeugen werden oftmals sogenannte Servolenkungen eingesetzt. Derartige Lenksysteme umfassen einen Aktor zur Erzeugung eines Unterstützungsmoments, der dieses Unterstützungsmoment auf eine Zahnstange oder eine Lenksäule des Lenksystems aufbringen kann. Eine Höhe des Unterstützungsmoments wird hierbei z. B. in Abhängigkeit eines z. B. von einem Kraftfahrzeugführer mittels einer Lenkhandhabe, z. B. einem Lenkrad, aufgebrachten Handmoments bestimmt.So-called power steering systems are often used in modern motor vehicles. Such steering systems include an actuator for generating a support torque, which can apply this support torque to a rack or a steering column of the steering system. A height of the support moment is z. B. depending on a z. B. by a motor vehicle driver by means of a steering handle, z. B. a steering wheel, applied manual torque determined.
In
Das Lenksystem umfasst ferner einen Servomotor 9, dessen Ausgangsmoment von einem elektronischen Steuergerät 12 gesteuert wird, welches ein Sollwertsignal S eines Unterstützungsmomentes an den Servomotor 9 datentechnisch übermittelt. Das Ausgangsmoment des Servomotors 9 wird mittels einer nicht dargestellten Antriebswelle des Servomotors 9 auf die Zahnstange 8 und damit die Räder 11 übertragen. Aufgrund der erheblichen zu übertragenden Momente wirkt die Antriebswelle des Servomotors 9 in der Regel über ein nicht näher dargestelltes Kugelgetriebe 14, insbesondere über einen Kugelgewindetrieb, auf die Zahnstange 8.The steering system also includes a
Die Abtriebswelle des Servomotors 9 ist somit über das Kugelgetriebe 14, die Zahnstange 8 und das Ritzel 6 mechanisch mit der Lenkstange 13 verbunden. Die mechanische Verbindung zwischen der Abtriebswelle und der Lenkstange 13 kann aber auch direkt erfolgen, indem die Abtriebswelle an der Lenkstange 13 über ein geeignetes Getriebe direkt angreift. Die Abtriebswelle des Servomotors 9 unterstützt hierbei den Lenkeinschlag des Lenkrades 1, indem sie mittels der vorstehend genannten mechanischen Einrichtungen auf die Lenkstange 13 ein Hilfsmoment ausübt, das direkt von dem Ausgangsmoment des Servomotors 9 und folglich von den Sollwertsignalen S abhängt.The output shaft of the
Das Steuergerät 12 ist in der Regel derart aufgebaut, dass es aufgrund der eingehenden Eingangssignale, z. B. des Handmoments DM und/oder des Drehwinkels DW der Lenkstange 13, die Höhe des durch den Servomotor 9 auszuübenden Hilfsmomentes berechnet und den entsprechenden Sollwert S an den Servomotor datentechnisch übermittelt. Mit Hilfe geeigneter, in dem Steuergerät 12 gespeicherter Tabellen, wird dabei das Hilfsmoment in der Regel derart bestimmt, dass in Abhängigkeit von der errechneten Differenz des Drehwinkels und einem von einem Lenkwinkelsensor 15 gemessenen Lenkwinkel der Räder 11 ein von dem Servomotor 9 aufzubringendes Hilfsmoment bestimmt wird. Dieses Hilfsmoment ist derart groß gewählt, dass hinsichtlich des insgesamt zur Betätigung der Räder 11 aufzubringenden Momentes ein Restmoment am Lenkrad 1 übrig bleibt, welches von dem Kraftfahrzeugführer gut beherrschbar ist. Hiermit wird in der Regel das Hilfsmoment auch von Größen abhängen, die Einfluss auf das Lenkmoment der Räder 11 besitzen, wie beispielsweise Drehwinkelgeschwindigkeit, Temperatur, Fahrzustand des Fahrzeugs, Straßenverhältnisse und weiteren Randbedingungen.The
Es sind weiterhin Sonderformen elektro-mechanisch arbeitender Lenksysteme bekannt geworden, bei denen die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad 1 und Zahnstange 8 aufgetrennt ist. Bei diesen sogenannten Steer-by-Wire-Lenksystemen müssen die von dem Lenkrad 1 auf die Zahnstange 8 aufzubringenden Kräfte und Momente durch entsprechende, elektrisch arbeitende Geräte nachgebildet werden, die weiteren oben geschilderten grundsätzlichen Prinzipien bleiben dabei allerdings erhalten.Furthermore, special forms of electromechanically operating steering systems have become known, in which the mechanical connection between the steering wheel 1 and the
Bei den beschriebenen Lenksystemen wird eine Motor-Regelgröße für den Servomotor 9 ermittelt, in dem ein auf ein Lenkrad wirkendes Handmoment DM mit einem bestimmten Servo-Regelungsverstärkungsfaktor multipliziert wird. Dieser Faktor, der auch noch von anderen Zustandsgrößen abhängig sein kann, wird aufgrund von Tests vorbestimmt, die auf einem Test-Fahrzeug durchgeführt werden, um eine erwünschte Servo-Charakteristik bereitzustellen. Erwünscht ist hierbei, dass es bei einem bestimmten Handmoment, an welches von einem mit dem Lenkrad 1 gekoppelten Drehmomentsensor 4 erfasst wird, auf die lenkenden Räder 11 ein definiertes Lenkmoment ausgeübt wird.In the steering systems described, a motor control variable for the
In der Praxis kann allerdings das tatsächlich auf die Räder einwirkende Lenkmoment erheblich von den über die Servo-Charakteristik erwünschten Lenkmoment abweichen. Hierfür kann es eine Reihe von Gründe geben, wie beispielsweise der Änderung der Trägheit des Systems oder der Eigenschaften des Servomotors 9. Ein wesentlicher Grund ist allerdings in der Regel die Reibung des Systems. Elektromechanische Lenksystem weisen eine systemimmanente Reibung auf, die aus der Anbindung des elektrischen Servomotors 9 und eines im Regelfall an diesem angekoppelten Untersetzungsgetriebes sowie der Reibung des Ritzels an der Zahnstange 8 und der Gleitlagerung der Zahnstange 8 selbst resultieren. Da die Reibungseffekte in der Regel nicht linear sind, ergibt sich durch diese auch eine nichtlineare Abhängigkeit einer Bewegung der Räder von dem mit dem Servomotor 9 erzeugten Ausgangsmoments. Hierbei darf die Größe eines Einflusses der Reibung nicht unterschätzt werden. So kann im ungünstigsten Fall das Reibmoment bis zu 30 % (siehe
Eine weitere Abweichung von einer mittels eines Modells ermittelten Reibung kann sich durch Fertigungsfehler und abweichende Betriebsdaten der verwendeten Baugruppen ergeben. Haben derartige Baugruppen eine Reibung, die erheblich größer ist als in dem Fahrzeug gemessen und für die Serie vorausgesetzt wurde, dann wird ein Teil des Ausgangsmoments des Elektromotors 9 zur Kompensation der Reibung verwendet, was zu einem schwammigen Gefühl bei der Betätigung des Lenkrades 1 führen kann. Eine für die Serie des Lenksystems angenommene Reibung kann sich auch wegen Montagefehlern, beispielsweise bei Reparaturarbeiten, als unzutreffend erweisen. So umfasst beispielsweise das Untersetzungsgetriebe einen Schneckenantrieb und ein Schneckenrad mit einer vergleichsweise hohen Untersetzungsverhältnis. Damit das Untersetzungsgetriebe das Rückstellen und Klappergeräusche verhindert oder deutlich verringert, wird der Schneckenantrieb stark gegen das Schneckenrad gedrückt. Dies führt bei Montagefehlern zu relativ großen Änderungen der Reibung, weil der Betrag der Reibung zwischen Schneckantrieb und dem Schneckenrad, die aneinander gepresst sind, groß ist und einen bedeutenden Einfluss auf die Änderung der Servo-Charakteristik hat.A further deviation from a friction determined by means of a model can result from manufacturing errors and deviating operating data of the assemblies used. If such assemblies have a friction that is significantly greater than measured in the vehicle and assumed for the series, then part of the output torque of the
Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass der Einfluss der Reibung nachteilig für das Lenkgefühl ist, zu erheblichen Unstetigkeiten zwischen dem geforderten Soll-Moment und dem tatsächlich auf die Räder ausgeübten Lenkmomente führen kann, die Zielgenauigkeit in der Lenkung nachteilig beeinflussen kann und eine feinfühlige Steuerung der Lenkung, wie sie beispielsweise beim selbsttätigen Rückführen der Räder in die Mittellage notwendig ist, behindern kann. Hinzu kommt, dass sich die Reibung im Laufe der Zeit durchaus ändern kann, indem beispielsweise durch Einschleifen des Systems die Reibung vermindert wird oder sich durch Verschmutzung erhöht. Auch Änderungen im Materialzustand oder die Reparatur oder der Austausch eines Teils des Systems können hier zu späteren Änderungen der Reibung führen.In summary, it can be said that the influence of friction is detrimental to the steering feel, can lead to significant discontinuities between the required target torque and the steering torque actually exerted on the wheels, can adversely affect the accuracy of the steering and sensitive steering control Steering, as is necessary, for example, when the wheels are automatically returned to the central position, can impede. In addition, the friction can change over time, for example by reducing the friction due to grinding in the system or increasing it due to contamination. Changes in the material condition or the repair or replacement of a part of the system can also lead to subsequent changes in friction here.
Die
Nachteilig ergibt sich hierbei die relativ aufwendige Bestimmung eines Reibungsmodells sowie die Bestimmung nur eines einzigen Reibungsmodells, welches für alle Lenksysteme einer Serie zugrunde gelegt wird.The disadvantage here is the relatively complex determination of a friction model and the determination of only a single friction model, which is used as a basis for all steering systems in a series.
Die den Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigende
Die
Die den Oberbegriff des Anspruchs 2 bzw. des Anspruchs 10 zeigende
Die
Die
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The technical problem is solved by the objects with the features of
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung mindestens eines initialen fahrzeug- oder lenkungsspezifischen Reibungswertes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei der mindestens eine Reibungswert eine Reibung in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs repräsentiert oder charakterisiert. Das Lenksystem kann insbesondere ein sogenanntes ServoLenksystem sein, in welchem ein Aktor, z. B. ein elektromechanischer oder ein hydraulischer Aktor, ein Unterstützungsmoment zur Unterstützung eines Lenkmanövers eines Kraftfahrzeugführers erzeugt. Das Lenksystem umfasst mindestens eine Zahnstange, die vorhergehend in
Ausgedrückt werden, wobei τ den Reibungskoeffizienten, Tc einen Betrag einer sogenannten Coulomb-Reibung, Ts einen Betrag einer Losbrechkraft und v eine Geschwindigkeit der Zahnstange bezeichnet. Auch kann die Reibung mittels eines weiteren Modells
Beispielsweise kann der mindestens eine fahrzeugspezifische Reibungswert also den Betrag der Coulomb-Reibung bezeichnen. Ein weiterer fahrzeugspezifischer Reibungswert kann den Koeffizienten einer viskosen Reibung bezeichnen. Ein weiterer fahrzeugspezifischer Reibungswert kann den Betrag des Losbrechmomentes bezeichnen. Der mindestens eine fahrzeugspezifische Reibungswert ist charakteristisch für die im Lenksystem vorhandene Haft-, Gleit- und/oder Rollreibung, insbesondere für die auf die Zahnstange wirkenden Reibungskräfte.For example, the at least one vehicle-specific friction value can therefore denote the amount of Coulomb friction. Another vehicle-specific friction value can refer to the coefficient of viscous friction. Another vehicle-specific friction value can indicate the magnitude of the breakaway torque. The at least one vehicle-specific friction value is characteristic of the static, sliding and/or rolling friction present in the steering system, in particular for the frictional forces acting on the rack.
Auch kann der mindestens eine fahrzeugspezifische Reibungswert ein lenkgeschwindigkeitsabhängiger Reibungswert sein. Der fahrzeugspezifische Reibungswert ist hierbei in Abhängigkeit von einer Bewegungsgeschwindigkeit einer Zahnstange des Lenksystems z. B. bei einem Lenkmanöver. Auch kann der mindestens eine fahrzeugspezifische Reibungswert abhängig von einer Lenkrichtung sein. Hierbei ist der mindestens eine fahrzeugspezifische Reibungswert beispielsweise abhängig von einem Links-Lenk-Manöver oder einem Rechts-Lenk-Manöver und der davon abhängigen Verschieberichtung der Zahnstange des Lenksystems.The at least one vehicle-specific friction value can also be a steering speed-dependent friction value. The vehicle-specific friction value is a function of a movement speed of a rack of the steering system z. B. during a steering maneuver. The at least one vehicle-specific friction value can also be dependent on a steering direction. In this case, the at least one vehicle-specific friction value is dependent, for example, on a left-hand steering maneuver or a right-hand steering maneuver and the displacement direction of the steering rack of the steering system that is dependent thereon.
Abhängig von dem mindestens einen fahrzeugspezifischen Reibungswert kann z. B. das in
Erfindungsgemäß wird vor einer Inbetriebnahme des Lenksystems eine fahrzeugspezifische Verschiebekraft bestimmt. Hierbei wird für jedes Lenksystem, und nicht nur für ein einzelnes Lenksystem, einer Serie von Lenksystemen, eine lenkungsspezifische Verschiebekraft bestimmt. Die Verschiebekraft wird in Abhängigkeit eines Verlaufs einer zur Verschiebung der Zahnstange über einen gesamten Verstellweg der Zahnstange notwendigen Kraft bestimmt. Hierzu kann, z. B. direkt nach Montage des Lenksystems, eine Kraft auf die Zahnstange aufgebracht werden, sodass die Zahnstange einmal über ihren gesamten, möglichen Verstellweg bewegt wird. Die hierzu erforderliche Kraft kann z. B. mittels eines Kraftsensors erfasst und gespeichert werden. Die Verschiebekraft wird erfindungsgemäß als Mittelwert des Verlaufs der zur Verschiebung der Zahnstange notwendigen Kraft bestimmt. Alternativ wird die Verschiebkraft als eine maximale Kraft des Verlaufs der Kraft zur Verschiebung der Zahnstange bestimmt. Die Verschiebekraft kann hierbei z.B. am Ende einer Montage eines Lenksystems und vor Lieferung an ein fahrzeugbauendes Werk bestimmt und abgespeichert werden. Auch kann Verschiebekraft nach Einbau des Lenksystems im Kraftfahrzeug bestimmt werden.According to the invention, a vehicle-specific displacement force is determined before the steering system is put into operation. Here, a steering-specific displacement force is determined for each steering system, and not just for a single steering system in a series of steering systems. The displacement force is determined as a function of a curve of a force necessary for displacement of the toothed rack over an entire displacement path of the toothed rack. For this purpose, z. B. directly after assembly of the steering system, a force can be applied to the rack so that the rack is moved once over its entire possible adjustment path. The force required for this can, for. B. be detected and stored by a force sensor. According to the invention, the displacement force is determined as the mean value of the course of the force required to displace the toothed rack. Alternatively, the displacement force is determined as a maximum force of the course of the force for displacement of the rack. The displacement force can be determined and stored, for example, at the end of the assembly of a steering system and before delivery to a vehicle manufacturing plant. Displacement force can also be determined after the steering system has been installed in the motor vehicle.
Weiter wird in Abhängigkeit der Verschiebekraft der mindestens eine initiale fahrzeugspezifische Reibungswert bestimmt. Insbesondere kann der mindestens eine initiale fahrzeugspezifische Reibungswert gleich der Verschiebekraft sein. Auch können mehrere fahrzeugspezifische Reibungswerte, z. B. die vorhergehend angeführten Parameter mittels einer Auswertung eines Reibungsmodelles bestimmt werden. Selbstverständlich kann der mindestens eine initiale fahrzeugspezifische Reibungswert auch aus mehreren Verläufen einer zur Verstellung der Zahnstange benötigten Kraft bestimmt werden, insbesondere einer zum mehrmaligen Hin- und Zurückverstellen der Zahnstange über ihren gesamten Verstellweg.Furthermore, the at least one initial vehicle-specific friction value is determined as a function of the displacement force. In particular, the at least one initial vehicle-specific friction value can be equal to the displacement force. Several vehicle-specific friction values, e.g. B. the parameters listed above can be determined by evaluating a friction model. Of course, the at least one initial vehicle-specific friction value can also be determined from several curves of a force required to adjust the rack, in particular one for moving the rack back and forth several times over its entire adjustment path.
Durch das vorgeschlagene Verfahren ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass der mindestens eine initiale fahrzeugspezifische Reibungswert individuell für ein Lenksystem eines spezifischen Kraftfahrzeuges bestimmt wird, wodurch für dieses Kraftfahrzeug eine genauere und zuverlässigere Kompensation der Reibung ermöglicht wird. Insbesondere werden hierdurch Ungenauigkeiten vermieden, die entstehen, wenn eine Reibung in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeuges von der Referenzreibung, welche als repräsentative Reibung für diese Serie von Lenksystemen bestimmt wurde, abweicht.The proposed method advantageously results in the at least one initial vehicle-specific friction value being determined individually for a steering system of a specific motor vehicle, thereby enabling more precise and reliable compensation of the friction for this motor vehicle. In particular, this avoids inaccuracies that arise when a friction in a steering system of a motor vehicle deviates from the reference friction, which was determined as a representative friction for this series of steering systems.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Anpassung mindestens eines fahrzeugspezifischen Reibungswertes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2. Der fahrzeugspezifische Reibungswert kann hierbei mittels dem vorhergehend beschriebenen Verfahren zur Einstellung mindestens eines intialen fahrzeugspezifischen Reibungswertes bestimmt worden sein. Es kann jedoch auch ein Referenzwert sein, der für ein repräsentatives Lenksystem einer Serie von Lenksystemen als ein für alle Lenksysteme dieser Serie geltender Reibungswert bestimmt wurde. Der mindestens eine fahrzeugspezifische Reibungswert kann hierbei wie vorhergehend beschrieben spezifiziert sein. Der mindestens eine Reibungswert repräsentiert oder charakterisiert eine Reibung in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, wobei das Lenksystem mindestens eine Zahnstange umfasst.A method for adjusting at least one vehicle-specific friction value is also proposed. The vehicle-specific friction value can have been determined using the previously described method for setting at least one initial vehicle-specific friction value. However, it can also be a reference value determined for a representative steering system of a series of steering systems as a friction value applicable to all steering systems of this series. The at least one vehicle-specific friction value can be specified as previously described. The at least one friction value represents or characterizes friction in a steering system of a motor vehicle, the steering system comprising at least one toothed rack.
Erfindungsgemäß wird der mindestens eine fahrzeugspezifische Reibungswert mindestens in Abhängigkeit einer Häufigkeit eines Erreichens mindestens einer vorbestimmten Verstellposition der Zahnstange angepasst. Eine Verstellposition bezeichnet hierbei eine bestimmte Position der Zahnstange entlang des Verstellwegs der Zahnstange. Insbesondere ist eine Verstellposition bezogen auf eine Neutralstellung der Zahnstange, wobei die Neutralstellung der Zahnstange einer Geradeausfahrstellung von lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeuges entspricht, wobei die lenkbaren Räder mechanisch mit der Zahnstange gekoppelt sind. Die Verstellposition ist in Abhängigkeit dieser Neutralstellung durch eine Auslenkung oder Verschiebung bezüglich dieser Neutralstellung größenmäßig angebbar. Beispielsweise kann eine Verstellposition als x = 20 mm beschrieben werden, wobei die Zahnstange um 20 mm in eine vorbestimmte Richtung von der Neutralstellung aus verstellt oder verschoben wurde. Eine Verstellposition von x = -20 mm entspricht folglich einer Auslenkung oder Verschiebung der Zahnstange von der Neutralposition um 20 mm in einer der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung. Somit bezeichnet ein Vorzeichen der Verstellposition eine Richtung der Verschiebung und somit eine Lenkrichtung.According to the invention, the at least one vehicle-specific friction value is adjusted at least as a function of how often at least one predetermined adjustment position of the rack is reached. An adjustment position denotes a specific position of the toothed rack along the adjustment path of the toothed rack. In particular, an adjustment position is related to a neutral position of the rack, the neutral position of the rack corresponding to a straight-ahead position of steerable wheels of the motor vehicle, the steerable wheels being mechanically coupled to the rack. The adjustment position can be specified in terms of size as a function of this neutral position by a deflection or displacement with respect to this neutral position. For example, an adjustment position can be described as x=20mm, where the rack has been adjusted or shifted 20mm in a predetermined direction from the neutral position. An adjustment position of x=−20 mm consequently corresponds to a deflection or displacement of the toothed rack by 20 mm from the neutral position in a direction opposite to the first direction. A sign of the adjustment position thus designates a direction of displacement and thus a steering direction.
Durch das vorgeschlagene Verfahren ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass sich der mindestens eine fahrzeugspezifische Reibungswert an eine sich im Laufe der Zeit verändernde Reibung des Lenksystems anpassen kann. Beispielsweise kann der mindestens eine fahrzeugspezifische Reibungswert an eine sich durch ein Einschleifen des Lenksystems reduzierte Reibung angepasst werden. Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass mit zunehmender Häufigkeit eines Erreichens einer vorbestimmten Verstellposition ein Einschleifen oder Einlaufen des Lenksystems ebenfalls zunimmt, wodurch sich ein Betrag von Reibungskräften in der Regel vermindert.The proposed method advantageously results in the at least one vehicle-specific friction value being able to adapt to a friction of the steering system that changes over time. For example, the at least one vehicle-specific friction value can be adapted to reduced friction as a result of grinding in the steering system. It can be assumed here that with increasing frequency of reaching a predetermined adjustment position, grinding in or running-in of the steering system also increases, as a result of which the amount of frictional forces is generally reduced.
Eine Verstellposition der Zahnstange kann hierbei z. B. mittels eines Positionssensors erfasst werden.An adjustment position of the rack can be z. B. be detected by a position sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch eine Verstellposition der Zahnstange in Abhängigkeit eines Lenkwinkels einer Lenksäule bestimmt, wobei die Lenksäule mechanisch mit der Zahnstange verbunden ist. Hierbei kann ein Übersetzungsverhältnis eines zwischen Zahnstange und Lenksäule angeordneten Getriebes vorbekannt sein, sodass sich aus einem Lenkwinkel der Lenksäule, welcher in der Regel mit einem bereits vorhandenen Lenkwinkelsensor erfasst wird, mittels einfacher Umrechnung eine Verstellposition der Zahnstange berechnet werden kann.In a preferred embodiment, however, an adjustment position of the rack is determined as a function of a steering angle of a steering column, the steering column being mechanically connected to the rack. A transmission ratio of a gear arranged between the rack and the steering column can be previously known, so that an adjustment position of the rack can be calculated from a steering angle of the steering column, which is usually detected with an existing steering angle sensor, by means of a simple conversion.
Alternativ ist vorstellbar, die Verstellposition einer Zahnstange in Abhängigkeit einer Rotorlage eines Rotors einer elektromechanischen Servomotors zu bestimmen, wobei der Rotor mittels eines mechanischen Getriebes mit der Zahnstange mechanisch gekoppelt ist. Somit kann in Abhängigkeit einer Rotorlage und eines vorbekannten Übersetzungsverhältnisses einer Übersetzung des mechanischen Getriebes zwischen Rotor des Servomotors und Zahnstange eine Verstellposition der Zahnstange bestimmt werden.Alternatively, it is conceivable to determine the adjustment position of a toothed rack as a function of a rotor position of a rotor of an electromechanical servomotor, the rotor being mechanically coupled to the toothed rack by means of a mechanical transmission. An adjustment position of the toothed rack can thus be determined as a function of a rotor position and a previously known transmission ratio of a transmission of the mechanical transmission between the rotor of the servomotor and the toothed rack.
Weiter alternativ ist vorstellbar, die Verstellposition in Abhängigkeit eines Ritzelwinkels zu bestimmen. Der Ritzelwinkel bezeichnet eine Lage eines Lenkritzels, welches eine mechanische Kopplung zwischen Lenksäule und Zahnstange bildet. Beispielsweise kann die Verstellposition mittels eines vorbekannten Übersetzungsverhältnis zwischen Ritzelwinkel und Verstellposition aus dem Ritzelwinkel bestimmt werden. Der Ritzelwinkel kann z.B. mittels eines geeigneten Sensors erfasst und/oder in Abhängigkeit der vorhergehend erwähnten Rotorlage, z.B. unter Annahme eines vorbestimmten Übersetzungsverhältnisses zwischen Rotorlage und Ritzelwinkel, bestimmt werden.Another alternative is to determine the adjustment position as a function of a pinion angle. The pinion angle describes a position of a steering pinion, which forms a mechanical coupling between the steering column and the rack. For example, the adjustment position can be determined from the pinion angle by means of a previously known transmission ratio between the pinion angle and the adjustment position. The pinion angle can, for example, be detected by means of a suitable sensor and/or determined as a function of the previously mentioned rotor position, for example assuming a predetermined transmission ratio between the rotor position and the pinion angle.
Auch ist möglich, eine Verstellposition der Zahnstange z.B. in Abhängigkeit des vorbekannten Übersetzungsverhältnis zwischen Ritzelwinkel und Verstellposition als Ritzelwinkel auszudrücken und das erfindungsgemäße Verfahren auf Grundlage eines Ritzelwinkels anstelle einer Verstellposition durchzuführen. Hierbei können z.B. auch vorbestimmte, minimale und maximale Verstellpositionen oder -wege als vorbestimmte, minimale und maximale Ritzelwinkel ausgedrückt werden.It is also possible to express an adjustment position of the toothed rack as a pinion angle, e.g. as a function of the previously known transmission ratio between the pinion angle and the adjustment position, and to carry out the method according to the invention on the basis of a pinion angle instead of an adjustment position. Here, for example, predetermined minimum and maximum adjustment positions or displacements can also be expressed as predetermined minimum and maximum pinion angles.
Hierdurch lässt sich in vorteilhafter Weise eine Verstellposition der Zahnstange mittels bereits im Lenksystem vorhandener Sensoren bestimmen, wodurch zusätzliche Entwicklungs- und Bauteilkosten reduziert werden sowie ein Platzbedarf von zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Elementen reduziert wird.In this way, an adjustment position of the toothed rack can be advantageously determined by means of sensors already present in the steering system, thereby reducing additional development and component costs and reducing the space required for the elements required to carry out the method according to the invention.
In einer weiteren Ausführungsform wird der fahrzeugspezifische Reibungswert, insbesondere ein Betrag des fahrzeugspezifischen Reibungswertes, mit steigender Häufigkeit des Erreichens der mindestens einen vorbestimmten Verstellposition der Zahnstange verringert. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein Einschleif- oder Einlaufverhalten eines Lenksystems berücksichtigt, wobei sich eine Reibungskraft des Lenksystems mit zunehmender Häufigkeit des Erreichens einer vorbestimmten Verstellposition verringert.In a further embodiment, the vehicle-specific friction value, in particular an amount of the vehicle-specific friction value, is reduced with increasing frequency of reaching the at least one predetermined adjustment position of the steering rack. In this way, a grinding-in or run-in behavior of a steering system is advantageously taken into account, with a frictional force of the steering system decreasing with increasing frequency of reaching a predetermined adjustment position.
In einer weiteren Ausführungsform wird der fahrzeugspezifische Reibungswert oder ein Anteil des fahrzeugspezifischen Reibungswertes mit einem Einlauffaktor multipliziert, wobei der Einlauffaktor mit steigender Häufigkeit des Erreichens der mindestens einen vorbestimmten Verstellposition der Zahnstange verringert wird. Vorstellbar ist, dass der fahrzeugspezifische Reibungswert mit einem Einlauffaktor, der die Größe 1 aufweist, multipliziert wird, falls die Zahnstange die mindestens eine vorbestimmte Verstellposition noch nicht erreicht hat, beispielsweise weil eine Lenkung des Kraftfahrzeuges noch nicht betätigt wurde. Mit zunehmender Häufigkeit des Erreichens der mindestens einen vorbestimmten Verstellposition, also mit zunehmender Häufigkeit einer Betätigung des Lenksystems, kann der Einlauffaktor von dem Wert 1 ausgehend reduziert werden. Eine Verringerung oder Reduktion kann hierbei einen linearen Verlauf mit zunehmender Häufigkeit aufweisen. Vorzugsweise weist jedoch die Verringerung einen exponentiell fallenden Verlauf mit steigender Häufigkeit des Erreichens der mindestens einen vorbestimmten Verstellposition auf. Hierbei kann eine Verringerung des mindestens einen Einlauffaktors auf ein vorbestimmtes Minimums des Einlauffaktors begrenzt werden, beispielsweise auf ein Minimum von 0,5. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise berücksichtigt, dass ein Lenksystem auch bei noch so häufiger Betätigung immer eine gewisse Reibung aufweisen wird. Weiter ergibt sich durch die vorgeschlagene Verringerung und Multiplikation mit dem Einlauffaktor eine einfach zu implementierende Verringerung des Reibungswertes in Abhängigkeit einer steigenden Häufigkeit des Erreichens der mindestens einen vorbestimmten Verstellposition.In a further embodiment, the vehicle-specific friction value or a portion of the vehicle-specific friction value is multiplied by a run-in factor, with the run-in factor being reduced with increasing frequency of reaching the at least one predetermined adjustment position of the steering rack. It is conceivable that the vehicle-specific friction value is multiplied by a run-in factor of size 1 if the rack has not yet reached the at least one predetermined adjustment position, for example because a steering of the motor vehicle has not yet been actuated. With increasing frequency of reaching the at least one predetermined adjustment position, ie with increasing frequency of actuation of the steering system, the run-in factor can be reduced from the value 1. In this case, a decrease or reduction can have a linear progression with increasing frequency. However, the reduction preferably exhibits an exponentially falling profile with an increasing frequency of reaching the at least one predetermined adjustment position. A reduction in the at least one running-in factor can be limited to a predetermined minimum of the running-in factor, for example to a minimum of 0.5. As a result, it is advantageously taken into account that a steering system will always have a certain amount of friction, even if it is operated very frequently. Furthermore, the proposed reduction and multiplication with the run-in factor results in a reduction in the friction value that is easy to implement as a function of an increasing frequency of reaching the at least one predetermined adjustment position.
In einer weiteren Ausführungsform sind über einen gesamten Verstellweg der Zahnstange mehrere vorbestimmte Verstellpositionen festegelegt, wobei ein Zählwert immer dann um einen der jeweiligen Verstellposition zugeordneten positionsspezifischen Wert inkrementiert wird, wenn die Zahnstange die jeweilige Verstellposition einnimmt oder erreicht. Der fahrzeugspezifische Reibungswert wird mit steigendem Zählwert verringert. Beispielsweise können die vorbestimmten Verstellpositionen gleichgroße Intervalle von Verstellwegen begrenzen. So können beispielsweise vorbestimmte Verstellpositionen mit vorbestimmten gleichen Abständen, beispielsweise alle 5, 10 oder 20 mm, entlang des Verstellwegs angeordnet sein. Umfasst der gesamte Verstellweg der Zahnstange beispielsweise ein Intervall von -80 mm bis 80 mm, so sind vorbestimmte Verstellpositionen beispielsweise an den Positionen x = -80 mm, -70 mm, ..., 70 mm, 80 mm festgelegt.In a further embodiment, several predetermined adjustment positions are defined over an entire adjustment path of the toothed rack, with a counter value being incremented by a position-specific value assigned to the respective adjustment position when the toothed rack assumes or reaches the respective adjustment position. The vehicle-specific friction value is steep corresponding counter value. For example, the predetermined adjustment positions can delimit equal intervals of adjustment paths. For example, predetermined adjustment positions can be arranged at predetermined equal distances, for example every 5, 10 or 20 mm, along the adjustment path. If the entire adjustment path of the rack includes, for example, an interval of -80 mm to 80 mm, then predetermined adjustment positions are defined, for example, at positions x=-80 mm, -70 mm, . . . 70 mm, 80 mm.
Selbstverständlich können die vorbestimmten Verstellpositionen auch Intervalle von Verstellwegen begrenzen, die nicht gleichgroß sind. Hierbei können vorbestimmte Verstellpositionen mit vorbestimmten ungleichen Abständen entlang des Verstellwegs angeordnet sein. Beispielsweise können in einem vorbestimmten Intervall um die Neutralstellung herum, beispielsweise in ein Intervall von -30 mm bis 30 mm mehr vorbestimmte Verstellpositionen festegelegt sein als in den verbleibenden Intervallen von -80 mm bis -30 mm und 30 mm bis 80 mm. Hierbei ist zu beachten, dass die beschriebenen Werte für den gesamten Verstellweg sowie die Werte der vorbestimmten Verstellpositionen rein exemplarisch angegeben sind, es sind auch davon abweichende Werte möglich.Of course, the predetermined adjustment positions can also delimit intervals of adjustment paths that are not of the same size. In this case, predetermined adjustment positions can be arranged with predetermined unequal distances along the adjustment path. For example, more predetermined adjustment positions can be defined in a predetermined interval around the neutral position, for example in an interval of -30 mm to 30 mm, than in the remaining intervals of -80 mm to -30 mm and 30 mm to 80 mm. It should be noted here that the values described for the entire adjustment path and the values of the predetermined adjustment positions are given purely as examples; values that deviate from these are also possible.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst einfache Implementierung einer Bestimmung einer Häufigkeit eines Erreichens einer vorbestimmten Verstellposition und einer Anpassung des fahrzeugspezifischen Reibungswertes an die derart bestimmte Häufigkeit.This advantageously results in the simplest possible implementation of a determination of a frequency of reaching a predetermined adjustment position and an adaptation of the vehicle-specific friction value to the frequency determined in this way.
In einer weiteren Ausführungsform steigen die den jeweiligen Verstellpositionen zugeordneten positionsspezifischen Werte mit steigendem Betrag der jeweiligen Verstellposition an. Beispielsweise kann einer vorbestimmten Verstellposition, die einen kleinen Betrag aufweist, ein erster Wert zugeordnet sein und einer weiteren vorbestimmten Verstellposition, die einen größeren Betrag aufweist, ein zweiter Wert zugeordnet sein, wobei der zweite Wert größer als der erste Wert ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise berücksichtigt, dass vom Betrag her hohe Verstellpositionen, die beispielsweise großen Lenkwinkeln entsprechen, seltener erreicht werden als vom Betrag her kleinere Verstellpositionen. Werden derart vom Berag her hohe Verstellpositionen erreicht, trägt dieser Erreichen mehr zum Einschleifen oder Einlaufen des gesamten Lenksystems bei als ein mehrmaliges Erreichen vom Betrag her niedriger Verstellpositionen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine bessere Anpassung des mindestens einen fahrzeugspezifischen Reibungswertes an ein Einlaufverhalten oder Einschleifverhalten des Lenksystemes erreicht.In a further embodiment, the position-specific values assigned to the respective adjustment positions increase as the absolute value of the respective adjustment position increases. For example, a first value can be assigned to a predetermined adjustment position that has a small amount, and a second value can be assigned to another predetermined adjustment position that has a larger amount, the second value being greater than the first value. In this way, it is advantageously taken into account that adjustment positions which are high in terms of magnitude and which correspond, for example, to large steering angles, are reached less frequently than adjustment positions which are smaller in terms of magnitude. If high adjustment positions are reached in this way from the top down, this reaching contributes more to the grinding in or running-in of the entire steering system than reaching lower adjustment positions in terms of amount several times. This advantageously achieves a better adaptation of the at least one vehicle-specific friction value to a running-in behavior or grinding-in behavior of the steering system.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Häufigkeit des Erreichens einer Verstellposition in Abhängigkeit einer zum Erreichen der Verstellposition notwendigen Zahnstangenkraft gewichtet. Eine notwendige Zahnstangenkraft kann mittels eines geeigneten Kraftsensors erfasst werden. Auch ist vorstellbar, eine notwendige Zahnstangenkraft in Abhängigkeit eines von einem Lenkmomentsensors erfassten Lenkmoments, welches an einer Lenksäule anliegt, zu bestimmen. Sind hohe Zahnstangenkräfte zum Erreichen einer vorbestimmten Verstellposition notwendig, so kann davon ausgegangen werden, dass hohe Reibungskräfte vorliegen. In diesem Fall sollte die Häufigkeit vorzugsweise derart gewichtet werden, dass der mindestens eine fahrzeugspezifische Reibungswert beim Erreichen der vorbestimmten Verstellposition nicht übermäßig verringert wird. Beispielsweise kann eine Häufigkeit mit einem zahnstangenkraftabhängigen Faktor multipliziert werden, wobei der zahnstangenkraftabhängige Faktor mit abnehmender Zahnstangenkraft zum Erreichen der Verstellposition zunimmt.In a further embodiment, the frequency with which an adjustment position is reached is weighted as a function of a rack force required to reach the adjustment position. A necessary rack force can be detected using a suitable force sensor. It is also conceivable to determine a necessary rack force as a function of a steering torque which is detected by a steering torque sensor and is applied to a steering column. If high rack forces are necessary to reach a predetermined adjustment position, it can be assumed that high frictional forces are present. In this case, the frequency should preferably be weighted in such a way that the at least one vehicle-specific friction value is not excessively reduced when the predetermined adjustment position is reached. For example, a frequency can be multiplied by a rack force-dependent factor, with the rack force-dependent factor increasing as the rack force for reaching the adjustment position decreases.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Zählwert immer dann um einen einer vorbestimmten Verstellposition zugeordneten positionsspezifischen Wert inkrementiert, wenn die Zahnstange die jeweilige Verstellposition einnimmt, wobei der der jeweiligen Verstellposition zugeordnete, positionsspezifische Wert mit einer zum Erreichen der Verstellposition notwendigen Zahnstangekraft gewichtet wird, wobei der fahrzeugspezifische Reibungswert mit steigendem Zählwert verringert wird. Insbesondere kann der der jeweiligen Verstellposition zugeordnete positionsspezifische Wert mit steigender Zahnstangenkraft verringert werden.In a preferred embodiment, a counter value is incremented by a position-specific value assigned to a predetermined adjustment position whenever the rack assumes the respective adjustment position, with the position-specific value assigned to the respective adjustment position being weighted with a rack force required to reach the adjustment position, the vehicle-specific Friction value is reduced as the count increases. In particular, the position-specific value assigned to the respective adjustment position can be reduced as the rack force increases.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Anpassung des mindestens einen fahrzeugspezifischen Reibungswerts verbessert an tatsächlich vorliegende Reibungsverhältnisse im Lenksystem angepasst wird. Insbesondere wird nicht ausschließlich davon ausgegangen, dass sich ein Reibungswert mit steigender Häufigkeit eines Erreichens vorbestimmter Verstellpositionen verringert. Durch die Berücksichtigung der Zahnstangenkraft kann somit z. B. auch erreicht werden, dass der mindestens eine vorbestimmte Reibungswert z. B. aufgrund einer vorliegenden Verschmutzung, erhöht wird. Hierbei kann die Häufigkeit, insbesondere der Zählwert, durch die Gewichtung mittels der Zahnstangenkraft auch verringert werden, wodurch eine Erhöhung des mindestens einen fahrzeugspezifischen Reibungswertes herbeigeführt wird. Hierzu kann ein Wichtungsfaktor beispielsweise negativ sein.This advantageously results in an adaptation of the at least one vehicle-specific friction value being better adapted to the friction conditions actually present in the steering system. In particular, it is not exclusively assumed that a friction value decreases as the frequency with which predetermined adjustment positions are reached increases. By considering the rack force z. B. can also be achieved that the at least one predetermined friction value z. B. due to an existing pollution is increased. In this case, the frequency, in particular the count value, can also be reduced by the weighting using the rack force, which brings about an increase in the at least one vehicle-specific friction value. For this purpose, a weighting factor can be negative, for example.
Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Anpassung mindestens eines fahrzeugspezifischen Reibungswertes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10. Der mindestens eine Reibungswert repräsentiert oder charakterisiert hierbei eine Reibung in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs. Das Lenksystem umfasst mindestens eine Zahnstange. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens eine Auswerteeinrichtung und eine Speichereinrichtung. Erfindungsgemäß ist mittels der Auswerteeinrichtung eine Häufigkeit eines Erreichens mindestens einer vorbestimmten Verstellposition der Zahnstange bestimmbar und der mindestens eine in der Speichereinrichtung gespeicherte fahrzeugspezifische Reibungswert mindestens in Abhängigkeit der Häufigkeit des Erreichens anpassbar.Also proposed is a device for adapting at least one vehicle-specific schen friction value according to the preamble of
Auch vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum Einstellen mindestens eines initialen fahrzeugspezifischen Reibungswertes. Ein Lenksystem umfasst mindestens eine Zahnstange. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Einrichtung zur Erfassung einer fahrzeugspezifischen Verschiebekraft und eine Auswerteeinrichtung. Mittels der Einrichtung zur Erfassung einer fahrzeugspezifischen Verschiebekraft, beispielsweise einem Kraftsensor, ist hierbei eine zur Verschiebung der Zahnstange entlang ihres Verstellwegs notwendige Kraft erfassbar oder bestimmbar. Mittels der Auswerteeinrichtung ist dann in Abhängigkeit eines Verlaufs dieser Kraft über einen gesamten Verstellweg der Zahnstange der initiale fahrzeugspezifische Reibungswert bestimmbar. Dieser kann dann beispielsweise in einer Speichereinrichtung gespeichert werden.A device for setting at least one initial vehicle-specific friction value is also proposed. A steering system includes at least one rack. The device comprises at least one device for detecting a vehicle-specific displacement force and an evaluation device. By means of the device for detecting a vehicle-specific displacement force, for example a force sensor, a force necessary for displacing the toothed rack along its displacement path can be detected or determined. The initial vehicle-specific friction value can then be determined by means of the evaluation device as a function of the course of this force over an entire adjustment path of the steering rack. This can then be stored, for example, in a memory device.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems (Stand der Technik), -
2 eine erste Zuordnung von Werten zu vorbestimmten Lenkwinkeln, -
3 eine weitere Zuordnung von Werten zu vorbestimmten Lenkwinkeln, -
4 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anpassung mindestens eines fahrzeugspezifischen Reibungswertes, -
5 ein weiteres schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Anpassung mindestens eines fahrzeugspezifischen Reibungswertes, -
6 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Anpassung mindestens eines fahrzeugspezifischen Reibungswertes und -
7 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Einstellung mindestens eines initialen fahrzeugspezifischen Reibungswertes.
-
1 a schematic representation of a steering system (prior art), -
2 a first assignment of values to predetermined steering angles, -
3 a further assignment of values to predetermined steering angles, -
4 a schematic flowchart of a method according to the invention for adjusting at least one vehicle-specific friction value, -
5 a further schematic flowchart of a method for adjusting at least one vehicle-specific friction value, -
6 a schematic block diagram of a device for adjusting at least one vehicle-specific friction value and -
7 a schematic flowchart of a method for setting at least one initial vehicle-specific friction value.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Eigenschaften.In the following, the same reference symbols designate elements with the same or similar technical properties.
In
In
In
In
In
In
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Lenkradsteering wheel
- 22
- erster Abschnittfirst section
- 33
- zweiter Abschnittsecond part
- 66
- Ritzelpinion
- 77
- Kreuzgelenkuniversal joint
- 88th
- Zahnstangerack
- 99
- Servomotorservo motor
- 1111
- RäderWheels
- 1212
- Steuergerätcontrol unit
- 1313
- Lenkstange, Lenksäulesteering rod, steering column
- 1414
- Kugelgetriebeball gear
- 1515
- Lenkwinkelsensorsteering angle sensor
- 2020
- Kraftsensorforce sensor
- 2121
- Auswerteeinrichtungevaluation device
- 2222
- Speichereinrichtungstorage facility
- 2424
- Lenkmomentsensorsteering torque sensor
- LWLw
- vorbestimmter Lenkwinkelpredetermined steering angle
- WPWP
- Wertvalue
- ZWbetween
- Zählwertcount value
- RWRW
- Reibungswertfriction value
- RWlRWL
- initialer Reibungswertinitial friction value
- Fzvehicle
- Zahnstangekraftrack force
- Ff
- Kraftpower
- S1S1
- erster Schrittfirst step
- S2S2
- zweiter Schrittsecond step
- S3S3
- dritter SchrittThird step
- S4S4
- vierter Schrittfourth step
- S4*S4*
- vierter Schrittfourth step
- S3aS3a
- Zwischenschrittintermediate step
- S5S5
- fünfter Schrittfifth step
- S11S11
- erster Schrittfirst step
- S12S12
- zweiter Schrittsecond step
- S13S13
- dritter SchrittThird step
- DMDM
- Handmomenthand moment
- DWDW
- Drehwinkelangle of rotation
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-
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