DE102011055339A1

DE102011055339A1 - Verfahren zum bestimmen einer zahnstangenkraft für eine lenkvorrichtung und lenkvorrichtung

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Publication number: DE102011055339A1
Application number: DE102011055339A
Authority: DE
Inventors: Jörg Strecker; Thomas Werner; Roland GREUL
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: WO2013072087A2; WO2013072087A3; US9272732B2; DE102011055339B4; JP6396213B2; CN103889824B; JP2014533220A; US20140230533A1; CN103889824A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (21) zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft (FR) für eine Lenkvorrichtung (2) eines Fahrzeugs bei dem die Zahnstangenkraft (FR) in Abhängigkeit von einer Lenkwinkelgröße ermittelt wird, die einen tatsächlichen Radlenkwinkel (δRW) oder einen Sollwert des Radlenkwinkels (δRW) charakterisiert. Um ein Verfahren (21) zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft (FR) anzugeben, mit der ein Soll-Lenkmoment derart erzeugt werden kann, dass dem Fahrer ein komfortables Lenkgefühl vermittelt wird und die Lenkvorrichtung dem Fahrer dennoch möglichst realistische Rückmeldungen über einen Bewegungszustand des Fahrzeugs gibt, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren (21) umfasst: Ermitteln einer Größe, die eine Seitenkraft (Fyv) an einer Achse der Lenkvorrichtung (2) charakterisiert, und Ermitteln der Zahnstangenkraft (FR) in Abhängigkeit von der Seitenkraft, wobei das Ermitteln der Zahnstangenkraft (FR) ein Filtern mittels eines Signalverarbeitungsglieds (35) mit proportional-differenziellem Übertragungsverhalten umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft für eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs bei dem die Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von einer Lenkwinkelgröße ermittelt wird, die einen tatsächlichen Radlenkwinkel oder einen Sollwert des Radlenkwinkels charakterisiert. Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine solche Lenkvorrichtung und eine entsprechende Lenkvorrichtung.
Bei modernen Lenkvorrichtungen, beispielsweise bei einer elektrischen Servolenkung (EPS) oder einem Steer-by-Wire (SbW) Lenksystem, wird ein Soll-Lenkmoment ermittelt. Ein Lenkmoment an einem Lenkmittel der Lenkvorrichtung, beispielsweise an einem Lenkrad, wird auf das Soll-Lenkmoment eingeregelt, um die von dem Fahrer beim Lenken des Fahrzeugs aufgebrachte Kraft zu unterstützen oder der von dem Fahrer aufgebrachten Kraft entgegenzuwirken. Es ist bekannt, das Soll-Lenkmoment in Abhängigkeit von der Zahnstangenkraft zu ermitteln.
Aus der DE 10 2009 002 706 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen einer auf ein Lenkgetriebe einwirkenden Kraft bekannt. Da bei diesem Verfahren die Kraft direkt anhand einer direkt auf das Lenkgetriebe einwirkenden Kraft ermittelt wird, kann sie Störungen enthalten, die von Eigenschaften der befahrenen Fahrbahn herrühren. So führen beispielsweise Unebenheiten, Spurrillen oder eine Querneigung der Fahrbahn zu derartigen Störungen. Wird das Soll-Lenkmoment anhand der mit den Störungen behafteten Kraft ermittelt, ergibt sich in vielen Fällen ein Lenkgefühl, das vom Fahrer als unkomfortabel empfunden wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft anzugeben, mit der ein Soll-Lenkmoment derart erzeugt werden kann, dass dem Fahrer ein komfortables Lenkgefühl vermittelt wird und die Lenkvorrichtung dem Fahrer dennoch möglichst realistische Rückmeldungen über den Bewegungszustand des Fahrzeugs gibt. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 21 und eine Lenkvorrichtung nach Anspruch 23.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft der eingangs genannten Art vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln einer Größe, die eine Seitenkraft an einer Achse der Lenkvorrichtung charakterisiert, und Ermitteln der Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von der Seitenkraft, wobei das Ermitteln der Zahnstangenkraft ein Filtern mittels eines Signalverarbeitungsglieds mit proportional-differenziellem Übertragungsverhalten umfasst. Die Seitenkraft stellt eine Größe dar, die Informationen über den momentanen Bewegungszustand des Fahrzeugs enthält, jedoch nur in einem geringen Umfang die oben genannten von den Eigenschaften der Fahrbahn herrührenden Störungen beinhaltet. Die Störungen werden mittels des Signalverarbeitungsglieds weiter reduziert. Somit kann mit dem Verfahren eine Zahnstangenkraft ermittelt werden, mit der ein Soll-Lenkmoment erzeugt werden kann, das einerseits als komfortabel empfunden wird und andererseits wichtige Rückmeldungen über den Fahrzustand des Fahrzeugs enthält, sodass der Fahrer kritische Fahrsituationen intuitiv und schnell erkennen kann.
Bei der Lenkwinkelgröße handelt es sich vorzugsweise um einen gemessenen Radlenkwinkel der Lenkvorrichtung oder eine Messgröße, anhand derer sich der aktuelle Radlenkwinkel berechnen lässt. Alternativ hierzu kann als Lenkwinkelgröße auch ein Fahrerlenkradwinkel, also ein Drehwinkel eines Lenkrads vorgesehen sein, wobei der Fahrerlenkradwinkel vorzugsweise auf einen entsprechenden Radlenkwinkel umgerechnet werden kann. Es ist auch denkbar, als Lenkwinkelgröße einen Sollwert des Radlenkwinkels heranzuziehen. Der Sollwert kann beispielsweise einen gewünschten Radlenkwinkel charakterisierten, auf den die Lenkvorrichtung eingestellt werden soll.
Es ist bevorzugt, dass das Signalverarbeitungsglied ein PDT1-Glied ist. Ein PDT1-Glied kann relativ einfach realisiert werden und erlaubt es, die Zahnstangenkraft ziemlich genau und zuverlässig zu erzeugen.
Das Verfahren lässt sich einfach realisieren, wenn vorgesehen wird, dass mindestens ein Koeffizient, vorzugsweise alle Koeffizienten, einer Übertragungsfunktion und/oder einer Impulsantwort des Signalverarbeitungsglieds als konstante Werte vorgegeben werden.
Das Verfahren kann auch adaptiv ausgestaltet sein, wenn mindestens ein Koeffizient während der Ausführung des Verfahrens variiert wird. Das Signalverarbeitungsglied wirkt in diesem Fall als ein adaptives Filter.
Hierbei ist denkbar, dass der mindestens eine Koeffizient in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer davon abgeleiteten Größe vorgegeben wird.
Es kann vorgesehen sein, dass eine mittels des Signalverarbeitungsglieds ermittelte Zwischengröße mit einem Skalierungsfaktor multipliziert wird.
Hierbei ist besonders bevorzugt, dass der Skalierungsfaktor in Abhängigkeit von einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs gebildet wird. Bei der Querbeschleunigung des Fahrzeugs kann es sich um eine modellierte Querbeschleunigung handeln, die unter Anwendung eines mathematischen Modells, beispielsweise eines Fahrzeugmodells, ermittelt werden kann oder um gemessene Querbeschleunigung handeln, die beispielweise mittels eines im oder am Fahrzeug angeordneten Beschleunigungssensors erfasst werden kann. Beispielsweise kann der Skalierungsfaktor bei zunehmender Querbeschleunigung reduziert werden. Auf diese Weise können realistischere Werte für die Zahnstangekraft ermittelt werden.
Um insbesondere in Sondersituationen (zum Beispiel Übersteuern, Untersteuern, µSplit-Situation) die Zahnstangenkraft zuverlässig und hinreichend realistisch zu ermitteln, kann vorgesehen sein, dass die Zahnstangenkraft korrigiert wird, indem ein gemessener Radlenkwinkel durch Addition eines Offsetwerts zu dem gemessenen Radlenkwinkel verändert wird.
Es ist bevorzugt, dass zum Berechnen des Offsetwerts ein modellierter Lenkwinkel, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Gierrate, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Eigenlenkgradienten, ermittelt wird und mit einem gemessenen Lenkwinkel verglichen wird. Auf diese Weise kann eine Sondersituation erkannt werden und/oder die Zahnstangenkraft aufgrund dieser Sondersituation korrigiert werden. Zum Berechnen des modellierten Lenkwinkels kann beispielsweise mindestens eine Modellgleichung des Fahrzeugmodells angewendet werden.
Vorzugsweise wird zum Vergleichen des modellierten Lenkwinkels mit dem gemessenen Lenkwinkel eine Lenkwinkeldifferenz gebildet.
Es ist besonders bevorzugt, dass bei unterschiedlichen Vorzeichen des modellierten Lenkwinkels oder einer davon abgeleiteten Größe und der Lenkwinkeldifferenz ein Übersteuern des Fahrzeugs erkannt wird. Sobald und solange das Übersteuern erkannt wird, kann die Zahnstangenkraft korrigiert werden, um einen Wert der Zahnstangenkraft zu erhalten, der für die Sondersituation des Übersteuerns realistisch ist.
Um zusätzlich zur Adaption der Zahnstangenkraft für die Sondersituation des Übersteuerns eine Adaption für eine µSplit-Situation zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit vom Vergleich des modellierten Lenkwinkels mit dem gemessenen Lenkwinkel, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Lenkwinkeldifferenz, ein erster Korrekturwert zum Korrigieren der Zahnstangenkraft im Falle des Übersteuerns des Fahrzeugs ermittelt wird und ein zweiter Korrekturwert zur Korrektur der Zahnstangenkraft in einer µSplit-Situation ermittelt wird und dass ein Maximum des ersten Korrekturwerts und des zweiten Korrekturwerts als Offsetwert herangezogen wird. Hierdurch wird eine kombinierte Adaption der Zahnstangenkraft für das Übersteuern und die µSplit-Situation erzielt.
Es ist bevorzugt, dass ein von Null verschiedener erster Korrekturwert gebildet wird, solange das Übersteuern erkannt wird oder der Offsetwert mindestens so groß ist wie ein vorgegebener Schwellwert. Hierdurch wird vermieden, dass bei einem schnellen Wegfall der Sondersituation des Übersteuerns der erste Korrekturwert sich schnell ändert oder springt und dadurch die Zahnstangenkraft ihre Größe abrupt ändert. Die Adaption für das Übersteuern wird vielmehr nach dem Wegfall der eigentlichen Sondersituation des Übersteuerns solange fortgeführt bis der erste Korrekturwert auf einen hinreichend kleinen Wert zurückgegangen ist.
Es kann vorgesehen sein, dass ein von Null verschiedener Offsetwert gebildet wird, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mindestens so groß ist wie ein Geschwindigkeitsmindestwert. Weiter kann vorgesehen sein, dass ein von Null verschiedener zweiter Korrekturwert nur dann gebildet wird, wenn keine Steilkurvenfahrt erkannt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zahnstangenkraft korrigiert wird, indem die Querbeschleunigung und/oder eine Größe, aus der die Querbeschleunigung berechnet wird, durch Addition eines weiteren Offsetwerts zu der Querbeschleunigung bzw. der Größe verändert wird. Hierdurch kann beispielsweise die Zahnstangenkraft für die Sondersituation des Untersteuerns besonders genau und realistisch berechnet werden.
Hierbei ist bevorzugt, dass der weitere Offsetwert berechnet wird in Abhängigkeit von einem Signal, das die Sondersituation des Untersteuerns und/oder einen Grad des Untersteuerns anzeigt, in Abhängigkeit von der mittels des Fahrzeugmodells berechneten Querbeschleunigung, in Abhängigkeit von einer Differenz aus der berechneten Querbeschleunigung und einer gemessenen Querbeschleunigung und/oder in Abhängigkeit von einem erfassten oder ermittelten Reibwert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zahnstangenkraft korrigiert wird, indem sie durch Multiplikation mit einem Korrekturfaktor verändert wird. Hierbei kann beispielsweise in einer Sondersituation durch entsprechendes Vorgeben des Korrekturfaktors eine Zwischengröße für die Zahnstangenkraft verringert werden.
Hierbei ist bevorzugt, dass der Korrekturfaktor in Abhängigkeit von einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs berechnet wird. Auf diese Weise kann die Zahnstangekraft im Falle der Sondersituation des Untersteuerns adaptiert werden. Hierbei kann der Korrekturfaktor ermittelt werden, dessen Wert mit einem Grad des Untersteuerns abnimmt.
Eine gute Adaption der Zahnstangenkraft, die realistische Werte für die Zahnstangekraft liefert, kann erreicht werden, indem der Korrekturfaktor in Abhängigkeit von einer Querbeschleunigungsdifferenz aus einer mittels des Fahrzeugmodells ermittelten Querbeschleunigung und einer gemessenen Querbeschleunigung berechnet wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen werden, dass der Korrekturfaktor in Abhängigkeit von einem erfassten oder ermittelten Reibwert berechnet wird. Denn bei einem verminderten Reibwert besteht ein geänderter Zusammenhang zwischen dem Lenkwinkel und der Querbeschleunigung. Ein zunehmender Lenkwinkel führt solange zu einer Zunahme der Querbeschleunigung bis ab einem bestimmten Lenkwinkel ein Sättigungspunkt erreicht ist, ab dem eine weitere Zunahme des Lenkwinkels nicht mehr zu einer weiteren Zunahme der Querbeschleunigung führt. Wenn der Sättigungspunkt überschritten wird, untersteuert das Fahrzeug. Bei einem relativ geringen Reibwert entspricht dieser Sättigungspunkt einem geringeren Lenkwinkel als bei einem relativ hohen Reibwert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von einer Lenkwinkelgröße zu ermitteln, die einen tatsächlichen Radlenkwinkel oder einen Sollwert des Radlenkwinkels charakterisiert, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Ermitteln einer Größe, die eine Seitenkraft an einer Achse der Lenkvorrichtung charakterisiert, und zum Ermitteln der Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von der Seitenkraft eingerichtet ist, wobei das Ermitteln der Zahnstangenkraft ein Filtern mittels eines Signalverarbeitungsglieds mit proportional-differenziellem Übertragungsverhalten umfasst.
Vorzugsweise ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der Erfindung eingerichtet, vorzugsweise programmiert.
Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das beispielsweise ein Teil der Steuer- und/oder Regeleinrichtung sein kann. Auf diesem Speichermedium kann ein Programm abgelegt sein, das so programmiert ist, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung ein Verfahren gemäß der Erfindung, dessen exemplarische Ausführungsformen hier beschrieben sind, ausführt, wenn das Programm auf einem Prozessor der Steuer- und/oder Regeleinrichtung abläuft.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs, mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Zahnstangenkraft in Abhängigkeit von einer Lenkwinkelgröße zu ermitteln, die einen tatsächlichen Radlenkwinkel oder einen Sollwert des Radlenkwinkels charakterisiert, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung gemäß der Erfindung ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher exemplarische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 eine Lenkvorrichtung mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 bis 8 Blockdiagramme eines Verfahrens zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft.
In 1 ist eine als Steuergerät 1 bezeichnete Steuer- und/oder Regeleinrichtung dargestellt, die einer Lenkvorrichtung 2 zugeordnet ist. In dem Steuergerät 1 ist ein Rechner (z. B. Mikrocomputer oder Mikrocontroller) mit einem Prozessor 3 angeordnet, wobei der Prozessor 3 über eine Datenleitung 4, beispielsweise ein Bussystem, mit einem Speicherelement 5 verbunden ist. Über eine Signalleitung 6 ist das Steuergerät 1 mit einem Motor 7 verbunden, wodurch eine Steuerung und/oder Regelung eines Motors 7 durch das Steuergerät 1 ermöglicht wird. Der Motor 7 ist beispielsweise als Elektromotor ausgebildet und wirkt über ein Getriebe 8 auf einen Drehstab 9. An dem Drehstab 9 ist ein Lenkmittel 10, beispielsweise ein Lenkrad angeordnet, mittels dessen ein Drehmoment auf den Drehstab 9 durch Betätigen des Lenkmittels 10 durch einen Fahrer aufbringbar ist.
Die Lenkvorrichtung 2 weist ferner ein Lenkgetriebe 11 auf, das beispielsweise als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 11 kann aber auch als Kugelumlaufgetriebe beziehungsweise als Kugelmuttergetriebe ausgebildet sein. In der folgenden Beschreibung wird überwiegend von einer Zahnstangenlenkung ausgegangen, wobei das Lenkgetriebe ein Ritzel 12a und eine Zahnstange 12b umfasst. Jedoch ist für die Erfindung die Art der Lenkung unerheblich. Die in 1 dargestellte Lenkvorrichtung 2 könnte statt als Zahnstangenlenkung beispielsweise als eine Kugelmutterlenkung oder eine Einzelradlenkung realisiert sein.
Das Lenkgetriebe 11 ist über das Ritzel 12a und die Zahnstange 12b auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 13 verbunden, das mit einem Rad 14 zusammenwirkt.
Die Lenkvorrichtung 2 weist ferner einen Momentensensor 15 zur Erfassung eines über eine Lenkwelle auf die Lenkung wirkenden Lenkmoments auf. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird hierzu mittels des Momentensensors 15 ein Drehstabmoment tor_TB erfasst, das dem oben genannten Lenkmoment entspricht. Die Lenkvorrichtung 2 weist auch einen Winkelsensor 16 zur Erfassung eines Rotorwinkels δ_Mes des Motors 7 auf. Der Rotorwinkel δ_Mes entspricht einem Drehwinkel des Drehstabs 9 und damit einem Lenkwinkel der Räder 14, da der Motor 7 über das Getriebe 8 mit dem Drehstab 9 und dieser über das Lenkgetriebe 11 und das Lenkgestänge 13 mit den Rädern 14 verbunden ist. Die mittels der Sensoren 15 und 16 erfassten Werte werden dem Steuergerät 1 zugeführt.
Die in 1 dargestellte Lenkvorrichtung 2 stellt eine von einer Vielzahl von möglichen Ausführungsformen von für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Lenkvorrichtungen dar. In einer anderen Ausführungsform ist beispielsweise das Lenkgetriebe als Kugelmuttergetriebe ausgebildet. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Motor 7 auch derart angeordnet sein, dass er zusammen mit dem Drehstab 9 auf das in dem Lenkgetriebe 11 angeordnete Ritzel 12a wirkt oder direkt – mittels eines weiteren Ritzels – auf die Zahnstange 12b wirkt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird statt des Rotorwinkels δ_Mes eine andere, eine aktuelle Position der Lenkvorrichtung 2 beschreibende Größe ermittelt bzw. zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen. Beispielsweise kann mittels eines Winkelsensors, der an dem Drehstab 9 angeordnet ist, der Lenkwinkel ermittelt werden. Eine aktuelle Position der Lenkvorrichtung 2 könnte ferner mittels eines Sensors erfasst werden, der an der Zahnstange 12b angeordnet ist. Grundsätzlich könnten hier eine Vielzahl bekannter Größen bestimmt bzw. herangezogen werden. Die Verwendung des Rotorwinkels δ_Mes hat jedoch den Vorteil, dass dieser sehr präzise bestimmbar ist und in modernen Lenkvorrichtungen häufig bereits zur Verfügung steht.
Ferner weist ein Fahrzeug, in dem die Lenkvorrichtung 2 eingebaut ist, einen Geschwindigkeitssensor 17 auf, mit dem eine Geschwindigkeit v des Fahrzeugs erfasst werden kann. Das Steuergerät 1 hat Zugriff auf die mittels des Geschwindigkeitssensors 17 ermittelte Geschwindigkeit v. Außerdem weist das Fahrzeug einen Gierratensensor 19 auf, der zum Erfassen einer Gierrate Ψ ._Mes eingerichtet ist, auf die das Steuergerät 1 Zugriff hat. Der Gierratensensor 19 kann Teil der Lenkvorrichtung 2 oder einer Fahrdynamikregelung des Fahrzeugs sein. Zudem ist im oder am Fahrzeug ein Beschleunigungssensor 20 angeordnet, der zum Erfassen einer Querbeschleunigung a_y,Mes eingerichtet ist. Das Steuergerät 1 kann ein mittels des Beschleunigungssensors 20 erfassten Wert der Querbeschleunigung a_y,Mes einlesen.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens 21 zum Ermitteln einer Zahnstangenkraft FR. Dieses Verfahren 21 kann beispielsweise vom Steuergerät 1 ausgeführt werden. Das heißt, das Speicherelement 5 speichert ein Programm, das so programmiert ist, dass der Rechner 3 das Verfahren 21 ausführt, wenn dieses im Speicherelement 5 abgelegte Programm vom Prozessor 3 ausgeführt wird. Das Verfahren 21 weist einen ersten Funktionsblock 23 auf, der gemäß einem Fahrzeugmodell 27 ausgebildet ist. Der erste Funktionsblock 23 ist zum Berechnen einer modellierten Querbeschleunigung a_y,Mod und einer modellierten Gierrate Ψ ._Mod in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit v, eines Eigenlenkgradienten EG und eines Lenkwinkels δ_RW eingerichtet. Der Eigenlenkgradient EG kann beispielsweise als eine konstante Größe vorgegeben sein oder in Abhängigkeit beispielsweise vom Bewegungszustand des Kraftfahrzeugs variiert werden. Beispielsweise kann der Eigenlenkgradient EG in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v und/oder der Querbeschleunigung a_y vorgegeben werden.
Bei dem Fahrzeugmodell 27 kann es sich beispielswiese um ein lineares Einspurmodell handeln, das vom Begriff des Gier-Verstärkungsfaktors ausgeht. Das Fahrzeugmodell umfasst die folgenden Modellgleichungen:
a_y = Ψ .·v
Hierbei handelt es sich bei den Größen l_F, l_h und l_v um Konstanten, die von einer Geometrie und/oder der Schwerpunktlage des Fahrzeugs abhängen. Im Einzelnen handelt es sich bei der Größe l_F um den Radstand des Fahrzeugs. l_h ist der Abstand in Längsrichtung des Fahrzeugs zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Hinterachse. Bei l_v handelt es sich um den Abstand in Längsrichtung des Fahrzeugs zwischen dem Schwerpunkt und der Vorderachse des Fahrzeugs. Folglich gilt l_F = l_h + l_v.
Die Werte der Gierrate sowie der Querbeschleunigung a_y können beispielsweise unter Anwendung dieser Modellgleichungen berechnet werden. Es kann vorgesehen sein, dass der Funktionsblock 23 jeweils einen Filter aufweist, der zum Filtern der mittels der Modellgleichungen ermittelten Werte für die Querbeschleunigung und/oder der Gierrate eingerichtet ist.
Für diese Berechnungen kann beispielsweise unmittelbar der gemessene Lenkwinkel δ_Mes herangezogen werden. Abweichend hiervon kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der gemessene Lenkwinkel δ_Mes zunächst durch Addition mit einem oder mehreren Korrekturwerten korrigiert wird. Zu diesem Zweck ist in der in der 2 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens ein erster Addierer 29 vorgesehen. Anstelle des gemessenen Lenkwinkels δ_Mes kann auch eine andere Lenkwinkelgröße, beispielsweise ein auf einen entsprechenden Radlenkwinkel umgerechneter Fahrerlenkradwinkel oder ein Soll- bzw. Wunschwert für den Radlenkwinkel vorgesehen werden.
Außerdem kann durch Addition mindestens eines weiteren Korrekturwerts A die mittels des Fahrzeugmodells 27 ermittelte Querbeschleunigung a_y korrigiert werden. Hierzu ist in der gezeigten Ausführungsform ein zweiter Addierer 31 vorgesehen. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist der zweite Addierer 31 nicht vorgesehen.
Die Querbeschleunigung a_y,Korr wird einem Umrechnungsblock 32 zugeführt, der die Querbeschleunigung a_y,Korr in eine entsprechende Seitenkraft F_yv an der Vorderachse des Fahrzeugs umrechnet. Bei dieser Kraft kann es sich beispielsweise um eine Seitenführungskraft handeln. Für dieses Umrechnen kann das oben beschriebene Fahrzeugmodell 27 verwendet werden.
Ein dritter Funktionsblock 33 ist zum Berechnen einer Zahnstangenkraft FF in Abhängigkeit von der Seitenkraft F_yv eingerichtet. Dementsprechend wird dem dritten Funktionsblock die Seitenkraft F_yv zugeführt, und der dritte Funktionsblock 33 gibt einen Wert FF aus, der die Zahnstangenkraft charakterisiert oder dieser entspricht. Der dritte Funktionsblock 33 weist ein Signalverarbeitungsglied mit proportional-differenziellem Übertragungsverhalten auf, das beispielsweise als ein PDT1-Glied 35 ausgebildet sein kann. Die Übertragungsfunktion des PDT1-Glieds 35 lautet
Die Parameter K_p, T_v und/oder T₁ können konstant sein oder in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v vorgegeben werden. Der Parameter K_p kann in Abhängigkeit von einer Achsübersetzung (Verhältnis zwischen einer Änderung eines Zahnstangenwegs und einer Änderung des Lenkwinkels δ_Mes, δ_RW oder δ_Mod) vorgegeben werden.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist der Umrechnungsblock 32 nicht vorhanden, und die Querbeschleunigung a_y,Korr wird unmittelbar dem dritten Funktionsblock 33 zugeleitet. Da die Querbeschleunigung a_y,Korr eine Größe ist, die die Seitenkraft F_yv charakterisiert, kann auch aus ihr die Zahnstangenkraft FF berechnet werden. Wird beispielsweise von dem hier beschriebenen Fahrzeugmodell ausgegangen, kann ein proportionaler Zusammenhang zwischen der Querbeschleunigung a_y,Korr und der Seitenkraft F_yv unterstellt werden. Deshalb kann in dieser nicht gezeigten Ausführungsform, die den Umrechnungsblock 32 nicht enthält, beispielsweise der Parameter K_p so gewählt werden, dass das PDT1-Glied 35 die Zahnstangenkraft FF direkt aus der Querbeschleunigung a_y,Korr berechnet.
Es kann im Funktionsblock 33 ein erster Multiplizierer 37 vorgesehen sein, der dem PDT1-Glied 35 nachgeschaltet ist und ein von dem PDT1-Glied 35 ausgegebenes Signal mit einem Faktor F(a_y) multipliziert, wobei der Faktor F(a_y) – je nach genauer Ausgestaltung des Verfahrens 21 – von der mittels des Fahrzeugmodells 27 ermittelten Querbeschleunigung a_y,Mod oder der mittels des Beschleunigungssensors 20 gemessenen Querbeschleunigung a_y,Mes abhängt. Der erste Multiplizierer 37 bewirkt, dass die berechnete Zahnstangenkraft FF bei relativ hohen Querbeschleunigungen a_y reduziert wird und hierdurch die Zahnstangenkraft FF so berechnet wird, dass ein Soll-Lenkmoment berechnet werden kann, das dem Lenkmoment einer herkömmlichen, rein mechanischen Lenkung ziemlich nahe kommt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Faktor F(a_y) bei relativ hohen Querbeschleunigungen a_y geringer ist als bei relativ geringen Querbeschleunigungen a_y.
Die Zahnstangenkraft FF kann im einfachsten Fall direkt als ein Wert FI an einen zweiten Multiplizierer 39 gegeben werden, der die Zahnstangenkraft FI mit mindestens einem Korrekturfaktor P_red multipliziert, um eine resultierende Zahnstangenkraft FR zu ermitteln. Die resultierende Zahnstangenkraft FR kann beispielsweise zum Berechnen des Soll-Lenkmoments verwendet werden.
An Stelle den Ausgang des dritten Funktionsblocks 33 direkt mit dem zweiten Multiplizierer 39 zu verbinden, kann zwischen dem dritten Funktionsblock 33 und dem zweiten Multiplizierer 39 ein Verknüpfungselement 41 eingefügt sein, das einen Zwischenwert FI der Zahnstangenkraft bildet, indem es auch Werte F1, F2 für die Zahnstangenkraft berücksichtigt, die von weiteren Funktionsblöcken 43, 45 berechnet werden. Das Verknüpfungselement 41 kann die Werte F1, F2, FF auf beliebige Weise miteinander verknüpfen. Es kann eine Linearkombination bilden oder einen Wert in Abhängigkeit von einer Betriebsart des Fahrzeugs auswählen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die mittels des dritten Funktionsblocks 33 berechnete Zahnstangenkraft FF für einen Fahrbereich des Kraftfahrzeugs, das heißt insbesondere während einer gewöhnlichen Vorwärtsfahrt, verwendet wird. Dahingegen kann beispielsweise der weitere Funktionsblock 43 die Zahnstangenkraft F1 für Fahrsituationen des Parkierens berechnen und der weitere Funktionsblock 45 einen Einfluss auf die zweite Zahnstangenkraft beschreiben, der durch ein Anheben des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Lenkwinkels entsteht. Abweichend von der Darstellung in 2 können zusätzlich zu den beiden weiteren Funktionsblöcken 43, 45 noch weitere Funktionsblöcke vorgesehen sein, um die Zahnstangenkraft FI noch präziser berechnen zu können. Die Funktionsblöcke 33, 41, 43 und 45 bilden zusammen eine Funktionseinheit 47 zum Bestimmen des Zwischenwerts FI der Zahnstangenkraft. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist der zweite Multiplizierer 39 nicht vorgesehen, sodass dieser Zwischenwert FI der resultierenden Zahnstangenkraft FR entspricht.
Die bisher beschriebene Verfahrensweise zum Berechnen der Zahnstangenkraft FR eignet sich besonders für Bewegungszustände des Fahrzeugs, bei denen das Fahrzeugmodell 27 hinreichend genau ist, insbesondere die Querbeschleunigung a_y,Mod hinreichend präzise berechnen kann. In solchen Standardsituationen werden vorzugsweise keine Werte mittels der Addierer 29, 31 zu den jeweiligen Größen δ_Mes bzw. a_y,Mod addiert, und der Multiplizierer 39 multipliziert die Zwischengröße FI der Zahnstangenkraft mit dem Wert 1, sodass FI = FR gilt.
Um die Zahnstangenkraft jedoch auch für Sondersituationen hinreichend genau berechnen zu können, wird durch Addition von Offset-Werten O1, O2 mittels der Addierer 29 und/oder 31 und/oder durch Multiplikation mit dem mindestens einen Korrekturfaktor P_red mit Hilfe des zweiten Multiplizierers 39 die Zahnstangenkraft korrigiert. Solche Sondersituationen treten beispielsweise auf, wenn das Fahrzeug übersteuert oder untersteuert oder, wenn insbesondere beim Bremsen an den linken und rechten Reifen des Fahrzeugs jeweils unterschiedliche Reibungskoeffizienten μ auftreten (μSplit-Situation).
3 zeigt Funktionsblöcke 49 des Verfahrens 21 zur kombinierten Korrektur sowohl in der Sondersituation des Übersteuerns als auch in der Sondersituation des μSplit. Ein zweiter Funktionsblock 25 ist so eingerichtet, dass er einen modellierten Lenkwinkel δ_Mod in Abhängigkeit von einer gemessenen Gierrate Ψ ._Mes , der Fahrzeuggeschwindigkeit v sowie dem Eigenlenkgradienten EG berechnet. Zur Berechnung des modellierten Lenkwinkels δ_Mod im Funktionsblock 25 können die Gleichungen des Fahrzeugmodells 27 verwendet werden.
Der modellierte Lenkwinkel δ_Mod wird einem Gradientenbegrenzer 51 zugeführt, der die Flankensteilheit des modellierten Lenkwinkels δ_Mod begrenzt. Im Signalfluss folgt auf den Gradientenbegrenzer 51 ein erstes Tiefpassfilter 53. Ein Ausgang des ersten Tiefpassfilters 53 ist mit einem Eingang eines ersten Subtrahierers 55 verbunden. Einem weiteren Eingang des ersten Subtrahierers 55 wird der gemessene Lenkwinkel δ_Mes zugeführt, sodass der erste Subtrahierer die Differenz aus dem vom ersten Tiefpassfilter 53 ausgegebenen in seiner Flankensteilheit begrenzten und gefilterten modellierten Lenkwinkel δ_Mod und dem gemessenen Lenkwinkel δ_Mes bildet. Der modellierte Lenkwinkel δ_Mod ist wie oben beschrieben auf der Basis der Gier-Verstärkung berechnet und gehört zur Fahrzeugbewegung.
In normalen Fahrsituationen entspricht dieser Winkel δ_Mod zumindest im Wesentlichen dem gemessenen Winkel δ_Mes. Im Falle eines Übersteuerns ergibt sich jedoch ein Unterschied zwischen diesen Winkeln δ_Mod, δ_Mes, so dass die mittels des Subtrahierers 55 berechnete Differenz einen Hinweis darauf gibt, ob eine Übersteuersituation vorliegt oder nicht. Übersteuern liegt entweder vor, wenn die Differenz bei positiver Gierrate positiv ist oder falls beide Größen (Differenz und Gierrate) negativ sind.
Der Ausgang des ersten Tiefpassfilters 53 sowie der Ausgang des ersten Subtrahierers 55 sind mit Eingängen eines dritten Multiplizierers 57 verbunden, dessen Ausgang an ein erstes Vergleicherelement 59 angeschlossen ist, das überprüft, ob ein vom dritten Multiplizierer 57 erzeugtes Signal größer als 0 ist. Das Signal am Ausgang des ersten Tiefpassfilters 53 hat dasselbe Vorzeichen wie die Gierrate. Ist also der Wert des vom dritten Multiplizierer 57 erzeugten Signals größer als 0, dann erkennt das erste Vergleicherelement 59, dass eine Übersteuersituation vorliegt. Das Ergebnis dieses Vergleichs mit 0 bildet eine Freigabebedingung, die über ein Oder-Gatter 61 an einen vierten Multiplizierer 63 geführt wird, sodass ein Signal am Ausgang des ersten Subtrahierers 55 jedenfalls dann an einem Block 65 anliegt, wenn das erste Vergleicherelement 59 erkennt, dass das vom dritten Multiplizierer 57 erzeugte Signal größer als 0 ist.
Der Block 77, ein auf den Block 65 folgender fünfter Multiplizierer 67 sowie ein auf den fünften Multiplizierer 67 folgendes zweite Tiefpassfilter 69 berechnen einen ersten Offset O1 zum Korrigieren des Lenkwinkels δ_Mes.
Der Offset O1 wird über ein Verzögerungselement 71 einem Betragsbildner 73 zugeführt. Das Verfahren 21 kann zeitdiskret arbeiten und mit Signalverarbeitungsmitteln, die zeitdiskret arbeiten, durchgeführt werden. In diesem Fall kann das Verzögerungselement 71 den Wert O1 um ein Abtastintervall des zeitdiskreten Signalverarbeitungssystems verzögern.
Ein Ausgang des Betragsbildners 73 ist mit einem Eingang eines zweiten Vergleicherelements 75 verbunden, das dazu eingerichtet ist zu überprüfen, ob der mittels des Betragsbildners 73 ermittelte Betrag des Signals O1 größer als ein bestimmter Schwellwert ist. Ist dieser Wert größer als der Schwellwert, dann erzeugt das zweite Vergleicherelement 75 ein weiteres Freigabesignal, das über das Oder-Gatter 61 zum vierten Multiplizierer 63 gelangt.
Der vierte Multiplizierer 63 gibt also das vom ersten Subtrahierer 55 erzeugte Signal frei, sobald der vom dritten Multiplizierer 57 berechnete Wert größer als 0 ist. Geht der vom dritten Multiplizierer ausgegebene Wert wieder auf 0 oder einen negativen Wert zurück, dann bleibt das Freigabesignal erhalten, solange der Betrag des Signals O1 über dem Schwellwert des zweiten Vergleicherelements 75 bleibt. Hierdurch werden Unstetigkeiten im zeitlichen Verlauf des Signals O1 und damit auch im zeitlichen Verlauf des Lenkwinkelsignals δ_RW vermieden.
Der Block 65 berechnet einen Zwischenwert O1’ des Offset-Werts O1 durch Multiplikation der mittels des ersten Subtrahierers 55 berechneten Lenkwinkeldifferenz mit einem vorgegebenen Verstärkungsfaktor. Dieser Verstärkungsfaktor kann fest vorgegeben sein oder in Abhängigkeit von der Fahrtgeschwindigkeit v vorgegeben werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Block 65 den Zwischenwert O1’ begrenzt, wobei diese Begrenzung die Vorzeichen des gemessenen Lenkwinkels δ_Mes und der mittels des ersten Subtrahierers 55 ermittelten Differenz berücksichtigen kann.
Zur Korrektur des Lenkwinkels δ_Mes für die Sondersituation des Übersteuerns werden die mittels des Oder-Gatters 61 logisch verknüpften Freigabebedingungen berücksichtigt, das heißt der Block 65 greift auf den vom vierten Multiplizierer 63 erzeugten Wert zu, um den Zwischenwert O1’ des Offsets O1 für die Sondersituation der Übersteuerung zu berechnen.
Um zusätzlich den Lenkwinkel δ_Mes auch für die Sondersituation von μSplit-Bremsungen korrigieren zu können, greift der Block 65 auch auf die vom ersten Subtrahierer 55 ermittelte Winkeldifferenz direkt zu, das heißt ohne die Verknüpfung über den vierten Multiplizierer 63. Ein Offset für den Zusatzwinkel für die μSplit-Situation ergibt sich durch Multiplikation der Winkeldifferenz mit einem Faktor, der fest vorgegeben sein kann oder in Abhängigkeit von der Fahrtgeschwindigkeit v vorgegeben werden kann. Der Offset für die μSplit-Situation kann in Abhängigkeit von dieser Winkeldifferenz eingeblendet werden. Es kann vorgesehen sein, dass zusätzliche Freigabebedingungen, beispielsweise das Betätigen der Bremse und/oder das Vorliegen von relativ kleinen Gierraten Ψ . und/oder das Vorliegen keiner Steilkurve berücksichtigt werden und der Offset für die μSplit-Situation nur dann erzeugt wird, wenn alle vorgesehene Freigabebedingungen gegeben sind.
Der Zwischenwert O1’ des Offsets O1 wird also im Block 65 in Abhängigkeit von einem ersten Wert, der für die Situation des Übersteuerns ermittelt wird und einem zweiten Wert der für die μSplit-Situation ermittelt wird, berechnet. Der Zwischenwert O1’ kann beispielsweise derart ermittelt werden, dass immer der größere und/oder der betragsmäßig größere der beiden genannten Werte als die Zwischengröße O1’ herangezogen wird. Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Wert nur dann einen von Null verschiedenen Wert annimmt, wenn keine Steilkurvenfahrt SK vorliegt. Hierzu kann ein Signal SK am Block 65 anliegen, das eine Steilkurvenfahrt anzeigt.
Der Multiplizierer 67 multipliziert den Zwischenwert O1’ mit einer Freigabebedingung. Diese Freigabebedingung sorgt dafür, dass ein von 0 verschiedener Offset-Wert O1 nur dann erzeugt wird, wenn eine Mindestgeschwindigkeit erreicht oder überschritten ist. Hierzu ist ein Kennfeld 77 vorgesehen, in das die Geschwindigkeit v eingegeben wird und dessen Ausgang mit einem Eingang des Multiplizierers 67 verbunden ist. Schließlich wird der Offset O1 erzeugt, indem das vom fünften Multiplizierer 67 erzeugte Signal mittels des zweiten Tiefpassfilters 69 gefiltert wird.
4 zeigt Funktionsblöcke zur Berechnung eines weiteren Offsetwerts O2 zum Korrigieren des Lenkwinkels δ_Mes zum Anpassen (d h. Adaptieren) des Lenkwinkels für die Sondersituation des µSplits. Ein zweiter Subtrahierer 81 ist dazu eingerichtet eine Differenz aus der gemessenen Gierrate Ψ ._Mes einer modellierten Gierrate Ψ ._Mod zu berechnen. Die modellierte Gierrate Ψ ._Mod kann beispielsweise vom Block 23 (siehe 2) anhand des Fahrzeugmodells 27 unter Anwendung der oben angegebenen Modellgleichungen berechnet werden. Ein Dividierer 83 rechnet die Differenz zwischen den beiden Gierraten Ψ ._Mes und Ψ ._Mod in eine dieser Differenz entsprechende Winkelgröße um, indem es diese Gierratendifferenz durch die Geschwindigkeit v dividert. Ein auf den Dividierer 83 folgendes Skalierelement 85 multipliziert einen vom Dividierer 83 berechneten Quotienten mit einem vorgegebenen Faktor.
Ein Eingang eines sechsten Multiplizierers 87 ist mit einem Ausgang des Skalierelements 85 verbunden. Ein Ausgang des sechsten Multiplizierers 87 führt zu einem Eingang eines Begrenzers 89, dessen Ausgang mit einem Eingang eines dritten Tiefpassfilters 91 verbunden ist. Bei dem dritten Tiefpassfilter 91 kann es sich beispielsweise um ein PT1-Glied handeln.
Ein weiterer Eingang des Multiplizierers 87 ist an einen Ausgang eines Begrenzers 93 angeschlossen. Ein Eingang des Begrenzers 93 ist mit dem Ausgang eines siebten Multiplizierers 95 verbunden. Der siebte Multiplizierer 95, der Begrenzer 93 und der sechste Multiplizierer 87 bewirken, dass ein von 0 verschiedener Offset-Wert O2 nur dann erzeugt wird, wenn Freigabebedingungen erfüllt sind, die über Eingänge des siebten Multiplizierers 95 überprüft werden. Ein erstes Prüfelement 97 legt an einen Eingang des siebten Multiplizierers 95 nur dann einen von 0 verschiedenen Wert an, wenn die Geschwindigkeit v mindestens so groß ist wie eine vorgegebene Mindestgeschwindigkeit v_min. Ein zweites Prüfelement 99 stellt sicher, dass die Korrektur durch Erzeugen eines von 0 verschiedenen Werts O2 nur dann erfolgt, wenn eine betragsmäßig geringe Gierrate Ψ ._Mes vorliegt. Das heißt, das zweite Prüfelement 99 legt nur dann an einen entsprechenden Eingang des siebten Multiplizierers 95 einen von 0 verschiedenen Wert an, wenn die gemessene Gierrate Ψ ._Mes geringer oder gleich einem vorgegebenen Höchstwert Ψ ._Max ist. Ein Inverter 101, dessen Eingang ein Signal zugeführt wird, das anzeigt, ob eine Steilkurvenfahrt vorliegt, und dessen Ausgang mit einem Eingang des siebten Multiplizierers 95 verbunden ist, bewirkt, dass ein von 0 verschiedener Wert O2 nur dann erzeugt wird, wenn keine Steilkurvenfahrt vorliegt. Schließlich liegt an einem weiteren Eingang des siebten Multiplizierers 95 ein Signal an, das signalisiert, dass momentan vorwärts gefahren wird. Folglich wird ein von 0 verschiedener Wert O2 nur im Falle einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs erzeugt.
Die vom zweiten Subtrahierer 81 erzeugte Gierratendifferenz Ψ ._Mes – Ψ ._Mod wird außerdem einem weiteren Betragsbildner 103 zugeleitet, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Kennfeldes 105 verbunden ist. Ein Ausgang des Kennfelds 105 ist mit einem weiteren Eingang des siebten Multiplizierers 95 verbunden. Der Betragsbildner 103 und das Kennfeld 105 bewirken zusammen mit dem siebten Multiplizierer 95, dem Begrenzer 93 sowie dem sechsten Multiplizierer 87, dass der Wert O2 bei einer Zunahme der Gierratendifferenz Ψ ._Mes – Ψ ._Mod nicht zu steilflankig verläuft. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist vorgesehen, dass einem weiteren Eingang des siebten Multiplizierers 95 ein Signal zugeführt wird, das anzeigt, ob momentan eine μSplit-Situation vorliegt.
5 zeigt einen anderen Ansatz zur Berechnung der Größe O2, bei dem anders als in 4 ein Lenkwinkel-Offset Δδ als eine externe Größe vorgegeben wird. Die externe Größe kann durch eine andere Funktion des Steuergeräts 1 erzeugt werden oder von einem anderen System oder Steuergerät des Fahrzeugs, beispielsweise einer Fahrdynamikregelung des Fahrzeugs (z.B. elektronisches Stabilitätsprogramm, ESP) erzeugt werden. Als Freigabebedingung wird die Größe μ herangezogen, die anzeigt, ob eine μSplit-Situation momentan vorliegt. Die Größe μ kann von dem Steuergerät 1 auf geeignete Weise berechnet werden oder extern, beispielsweise von der Fahrdynamikregelung, vorgegeben werden. Der Multiplizierer 87 sorgt dafür, dass eine von 0 verschiedene Größe O2 nur für den Fall des Vorliegens der μSplit-Situation erzeugt wird.
6 zeigt, dass in entsprechender Weise, das heißt mit denselben Funktionsblöcken 87, 89, 91, die auch 5 dargestellt sind, auch der Lenkwinkel δ_Mes für den Fall des Übersteuerns korrigiert werden kann. Dem sechsten Multiplizierer 87 wird an einem Eingang der Lenkwinkel-Offset Δδ zugeleitet, und an einem anderen Eingang liegt ein mittels eines weiteren Kennfelds 107 transformierte Signal OS an. Das Signal OS zeigt einen Grad des Übersteuerns des Fahrzeugs an. Bei dem Signal OS kann es sich beispielsweise um einen Prozentwert handeln. Das Signal OS kann auf geeignete Weise vom Steuergerät 1 erzeugt werden oder es kann extern vorgegeben werden, beispielsweise von der Fahrdynamikregelung. Das Filter 91 gibt hier den Offset-Wert O1 zur additiven Korrektur des Lenkwinkels für die Sondersituation des Übersteuerns aus.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Offset-Wert O ohne Berücksichtigung einer Freigabebedingung oder des Signals OS ermittelt wird. Der Lenkwinkel-Offset Δδ wird vom Begrenzer 89 begrenzt und vom Filter 91 gefiltert, um den Offset-Wert O zu bilden. In nicht gezeigten Ausführungsformen ist der Begrenzer 89 und/oder das Filter 91 nicht vorhanden. Das heißt, es ist denkbar, den Lenkwinkel-Offset direkt als den Offset-Wert O heranzuziehen (O = Δδ).
Darüber hinaus kann die Zahnstangenkraft im Falle einer Sondersituation korrigiert werden, indem sie durch den Faktor P_red verkleinert wird. Zu diesem Zweck kann, wie in 2 gezeigt die Zwischengröße FI mit Hilfe des zweiten Multiplizierers 39 mit dem Faktor P_red korrigiert werden, um die resultierende Zahnstangenkraft FR zu bilden. Bei dem Faktor P_red kann es sich beispielsweise um eine Prozentzahl handeln. In diesem Fall kann der Faktor P_red durch 100 geteilt werden, bevor er an den Eingang des zweiten Multiplizierers 39 angelegt wird. Für diese Division kann ein entsprechendes Skalierelement (in 2 nicht dargestellt) vor dem entsprechenden Eingang des zweiten Multiplizierers 39 angeordnet werden.
Der Faktor P_red kann zum Beispiel wie in 8 dargestellt ermittelt werden. Ein Funktionsblock 111 erzeugt die Größe a_y,Offset gemäß einem der unten beschriebenen Ansätze. Ein weiterer Addierer 113 bildet eine korrigierte Querbeschleunigung a_y,korr durch Addition der Größe a_y,offset und der modellierten Querbeschleunigung a_y,Mod. Abweichend hiervon kann die korrigierte Querbeschleunigung a_y,korr auch durch Addition der Größe a_y,offset und der gemessenen Querbeschleunigung a_y,korr berechnet werden. Anschließend wird die korrigierte Querbeschleunigung a_y,korr mittels eines weiteren Kennfelds 115, dessen Kennlinie beispielsweise einen monoton fallenden Verlauf aufweisen kann, in einen Wert des Faktors P_red übersetzt.
In der gezeigten Ausführungsform bildet der Funktionsblock 111 die Größe a_y,Offset zumindest auch in Abhängigkeit von einem externen Signal uext, das die Sondersituation des Untersteuerns anzeigt und/oder einen Grad des Untersteuern s charakterisiert. Hierdurch wird erreicht, dass die Zahnstangenkraft für die Situation des Untersteuerns korrigiert wird. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist das externe Signal uext nicht vorgesehen.
Die Zahnstangenkraft kann in der Sondersituation des Untersteuerns auch anhand einer Querbeschleunigungsdifferenz a_y,Mod – a_y,Mes korrigiert werden. Diese Querbeschleunigungsdifferenz berechnet sich aus der mittels des Fahrzeugmodells 27 ermittelte Querbeschleunigung a_y,Mod sowie einer gemessenen Querbeschleunigung a_y,Mes. Als korrigierte Querbeschleunigung a_y,Korr ergibt sich dann a_y,Korr = a_y,Mod + (a_y,Mod – a_y,Mes)
Die korrigierte Querbeschleunigung a_y,Korr wird von einem in 8 dargestellten Addierer 113 berechnet.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Querbeschleunigungsdifferenz durch Multiplikation mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt wird. Dieser Faktor kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Querbeschleunigungsdifferenz a_y,Mod – a_y,Mes selbst gebildet werden. Bei einer hohen Reibung zwischen den Reifen des Fahrzeugs und der Fahrbahn ist die Querbeschleunigungsdifferenz zumindest annähernd 0, da das Fahrzeugmodell 27 den tatsächlichen Bewegungsstand des Fahrzeugs relativ genau beschreibt. Bei einem niedrigen Reibwert steigt die Querbeschleunigungsdifferenz betragsmäßig, weil das Fahrzeugmodell 27 eine höhere Querbeschleunigung a_y,Mod annimmt als tatsächlich erreicht wird. Durch die Berücksichtigung der Querbeschleunigungsdifferenz bzw. der mittels des Faktors verstärkten Querbeschleunigungsdifferenz kann erreicht werden, dass die Zahnstangenkraft FR realistischer ist als die Zwischengröße FI.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Korrektur-Offset a_y,Offset in Abhängigkeit von einem Reibwert μ ermittelt wird. Der Reibwert μ kann beispielsweise vom Steuergerät 1 oder von einem von einem anderen Steuergerät als dem Steuergerät 1, beispielsweise einem getrennten Steuergerät, berechnet werden. Es ist denkbar, dass der Reibwert μ auf Basis eines Vergleichs der berechneten Zahnstangenkraft FR und einer tatsächlich an einer Zahnstange der Lenkvorrichtung 2 oder einem anderen Betätigungselement der Lenkvorrichtung 2 anliegenden Kraft ermittelt wird.
Die tatsächlich anliegende Kraft kann beispielsweise mittels eines Kraftsensors oder eines Drehmomentsensors erfasst werden.
Somit ergibt sich die korrigierte Querbeschleunigung gemäß folgenden Gleichungen a_y,Korr = a_y,Mod + a_y,Offset a_y,Offset = f(μ)
Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Werte insbesondere der Gierrate, der Querbeschleunigung und des Lenkwinkels mit dem Zusatz „Mod“ bezeichnet, wenn sie unter Anwendung der Modellgleichungen des Fahrzeugmodells, ggf. mit anschließender Filterung, ermittelt werden. Gemessene Werte insbesondere der Gierrate, der Querbeschleunigung und des Lenkwinkels sind mit dem Zusatz „Mes“ bezeichnet. Für Größen, die weder mit „Mod“ noch mit „Mes“ bezeichnet sind, kann entweder ein gemessener Wert oder ein mittels der Modellgleichungen berechneter Wert herangezogen werden.
Insgesamt ermöglicht das hier beschriebene Verfahren 21 die genaue und zuverlässige Berechnung der Zahnstangenkraft FR, insbesondere für den Fahrbereich. Das Verfahren 21 lässt sich durch Variation einzelner Parameter leicht an ein konkretes Fahrzeug anpassen. Darüber hinaus wird bei dem hier beschriebenen Verfahren auch dann die Zahnstangenkraft FR mit guter Genauigkeit erzeugt, wenn das Fahrzeug sich in einer Sondersituation befindet. Somit eignet sich die mittels des Verfahrens 21 berechnete Zahnstangenkraft FR besonders als Eingangsgröße zum Berechnen eines Soll-Lenkmoments, auf das ein tatsächliches Lenkmoment eingeregelt werden soll, insbesondere um den Fahrer des Fahrzeugs eine gute Rückmeldung auch in Sondersituationen über die momentane Fahrsituation zu geben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009002706 A1 [0003]

Claims

Verfahren (21) zum Bestimmen einer Zahnstangenkraft (FR) für eine Lenkvorrichtung (2) eines Fahrzeugs bei dem die Zahnstangenkraft (FR) in Abhängigkeit von einer Lenkwinkelgröße ermittelt wird, die einen tatsächlichen Radlenkwinkel (δ_RW) oder einen Sollwert des Radlenkwinkels (δ_RW) charakterisiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (21) umfasst: – Ermitteln einer Größe, die eine Seitenkraft (F_yv) an einer Achse der Lenkvorrichtung (2) charakterisiert, und – Ermitteln der Zahnstangenkraft (FF) in Abhängigkeit von der Seitenkraft, wobei das Ermitteln der Zahnstangenkraft (FF) ein Filtern mittels eines Signalverarbeitungsglieds (35) mit proportional-differenziellem Übertragungsverhalten umfasst.
Verfahren (21) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalverarbeitungsglied ein PDT1-Glied (35) ist.
Verfahren (21) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Koeffizient (K_p, T_v, T₁), vorzugsweise alle Koeffizienten (K_p, T_v, T₁), einer Übertragungsfunktion des Signalverarbeitungsglieds (35) als konstante Werte vorgegeben werden.
Verfahren (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Koeffizient (K_p, T_v, T₁) während der Ausführung des Verfahrens (21) variiert wird.
Verfahren (21) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Koeffizient (K_p, T_v, T₁) in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit (v) oder einer davon abgeleiteten Größe vorgegeben wird.
Verfahren (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittels des Signalverarbeitungsglieds (35) ermittelte Zwischengröße mit einem Skalierungsfaktor (F(a_y)) multipliziert (37) wird.
Verfahren (21) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Skalierungsfaktor (F(a_y)) in Abhängigkeit von einer Querbeschleunigung (a_y) des Fahrzeugs gebildet wird.
Verfahren (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenkraft (FR) korrigiert wird, indem ein gemessener Radlenkwinkel (δ_Mes) durch Addition (29) eines Offsetwerts (O1, O2) zu dem gemessenen Radlenkwinkel (δ_RW) verändert wird.
Verfahren (21) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Berechnen des Offsetwerts (O1) ein modellierter Lenkwinkel (δ_Mod) vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Gierrate (Ψ ._Mes), einer Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und eines Eigenlenkgradienten (EG), ermittelt (25) wird und mit einem gemessenen Lenkwinkel (δ_Mes) verglichen wird.
Verfahren (21) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vergleichen des modellierten Lenkwinkels (δ_Mod) mit dem gemessenen Lenkwinkel (δ_Mes) eine Lenkwinkeldifferenz gebildet (55) wird.
Verfahren (21) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei unterschiedlichen Vorzeichen des modellierten Lenkwinkels (δ_Mod) oder einer davon abgeleiteten Größe und der Lenkwinkeldifferenz ein Übersteuern des Fahrzeugs erkannt (57, 59) wird.
Verfahren (21) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Vergleich (55) des modellierten Lenkwinkels (δ_Mod) mit dem gemessenen Lenkwinkel (δ_Mes), vorzugsweise in Abhängigkeit von der Lenkwinkeldifferenz, ein erster Korrekturwert zum Korrigieren der Zahnstangenkraft im Falle des Übersteuerns des Fahrzeugs ermittelt (65) wird und ein zweiter Korrekturwert zur Korrektur der Zahnstangenkraft in einer µSplit-Situation ermittelt (65) wird und dass ein Maximum des ersten Korrekturwerts und des zweiten Korrekturwerts als Offsetwert (O1) herangezogen wird.
Verfahren (21) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein von Null verschiedener erster Korrekturwert gebildet wird, solange das Übersteuern erkannt (57, 59) wird oder (61) der Offsetwert (O1) mindestens so groß ist wie ein vorgegebener Schwellwert (75).
Verfahren (21) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein von Null verschiedener Offsetwert (O1) gebildet wird, wenn die Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs mindestens so groß ist wie ein Geschwindigkeitsmindestwert.
Verfahren (21) einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenkraft korrigiert wird, indem sie durch Multiplikation (39) mit einem Korrekturfaktor (P_red) verändert wird.
Verfahren (21) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor (P_red) in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung (a_y) des Fahrzeugs berechnet wird.
Verfahren (21) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor (P_red) in Abhängigkeit von einer Querbeschleunigungsdifferenz aus einer mittels des Fahrzeugmodells ermittelten Querbeschleunigung (a_y) und einer gemessenen Querbeschleunigung berechnet wird.
Verfahren (21) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor (P_red) in Abhängigkeit von einem erfassten oder ermittelten Reibwert berechnet wird.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1) für eine Lenkvorrichtung (2) eines Fahrzeugs, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Zahnstangenkraft (FR) in Abhängigkeit von einer Lenkwinkelgröße zu ermitteln, die einen tatsächlichen Radlenkwinkel (δ_RW) oder einen Sollwert des Radlenkwinkels (δ_RW) charakterisiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1) zum: – Ermitteln einer Größe, die eine Seitenkraft (F_yv) an einer Achse der Lenkvorrichtung (2) charakterisiert, und – Ermitteln der Zahnstangenkraft (FR) in Abhängigkeit von der Seitenkraft eingerichtet ist, wobei das Ermitteln der Zahnstangenkraft (FR) ein Filtern mittels eines Signalverarbeitungsglieds (35) mit proportional-differenziellem Übertragungsverhalten umfasst.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1) zum Ausführen eines Verfahrens (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 eingerichtet ist.
Lenkvorrichtung (2) eines Fahrzeugs, mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1), wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1) dazu eingerichtet ist, eine Zahnstangenkraft (FR) in Abhängigkeit von einer Lenkwinkelgröße zu ermitteln, die einen tatsächlichen Radlenkwinkel (δ_RW) oder einen Sollwert des Radlenkwinkels (δ_RW) charakterisiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (1) nach Anspruch 19 oder 20 ausgebildet ist.