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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Überlagerungslenkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Kraftwagen mit einer Überlagerungslenkung.
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Bei einer solchen Überlagerungslenkung wird der Radeinschlagwinkel eines Rades des Kraftwagens am Fahrwerk nicht nur in Abhängigkeit von einem Lenkwinkel eingestellt, den der Fahrer durch Bedienen einer Lenkhandhabe, wie beispielsweise eines Lenkrades, vorgibt. Der Radeinschlagwinkel wird zusätzlich auch in Abhängigkeit von einem Überlagerungswinkel festgelegt, der durch eine Überlagerungssteuerung festgelegt wird. Die Überlagerungssteuerung ermöglicht es, eine variable Lenkübersetzung (VSR – Variable Steering Ratio) zu realisieren, bei welcher in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftwagens die vom Fahrer beim Bedienen der Lenkhandhabe wahrgenommene Lenkübersetzung variiert wird. Die Überlagerungssteuerung legt dazu den Überlagerungswinkel in Abhängigkeit von einem an einem Signaleingang empfangenen Fahrgeschwindigkeitswert fest. Eine Überlagerungssteuerung der genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 000 975 A1 , der
DE 101 09 491 A1 , der
DE 195 46 943 C1 und der
DE 10 2006 017 406 A1 bekannt.
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Das Prinzip der Überlagerungslenkung besteht darin, den an der Lenkhandhabe vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel nicht unmittelbar in den Radeinschlagwinkel umzusetzen, sondern dem an der Lenkhandhabe erfassten Wert für den Lenkwinkel einen Überlagerungswinkel zu überlagern. Durch eine gleichsinnige Überlagerung kann der Lenkwinkel dadurch künstlich vergrößert werden, durch eine gegensinnige Überlagerung wird dem Lenkwinkel entgegengewirkt, sodass sich am Rad ein effektiv kleinerer Radeinschlagwinkel ergibt, als ihn der Fahrer an der Lenkhandhabe durch den Lenkwinkel vorgibt. Durch eine Überlagerungslenkung wird in der Regel bei einer geringen Fahrgeschwindigkeit ein größeres Übersetzungsverhältnis, also eine größere Lenkübersetzung, eingestellt als bei einer großen Fahrgeschwindigkeit. Hierbei ist in der Regel vorgesehen, ein so genanntes VSR-Kennfeld zu verwenden, bei welchem als Eingangsgröße die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs vorgegeben wird und dieser Größe durch das Kennfeld eine Soll-Lenkübersetzung zugeordnet wird. Anhand dieser Soll-Lenkübersetzung und dem aktuellen Lenkwinkel wird dann der Überlagerungswinkel ermittelt.
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Problematisch kann es bei einem geschwindigkeitsabhängigen Überlagerungswinkel werden, wenn ein Fahrer mit dem Kraftwagen in einer Kurve fährt, die einen konstanten Krümmungsradius aufweist, und er hierbei die Fahrgeschwindigkeit ändert. Aufgrund des konstanten Krümmungsradius wird der Fahrer am Lenkrad den Lenkwinkel unverändert beibehalten. Durch die Änderung der Fahrgeschwindigkeit verändert aber die Überlagerungssteuerung den Überlagerungswinkel, sodass sich hierdurch eine Änderung des Radeinschlagwinkels ergibt und der Kraftwagen also nicht mehr der Kurve folgt.
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Eine solche vom Fahrer unerwartete und unnötige Fahrtrichtungsänderung möchte man vermeiden. In der oben genannten Druckschrift ist die Überlagerungssteuerung deshalb zwar ebenfalls dazu ausgelegt, mit einer Veränderung des Überlagerungswinkels stets so lange zu warten, bis eine Lenkbewegung des Fahrers am Lenkrad erkannt wird. Nachteilig hierbei ist allerdings, dass der Fahrer, legt man das obige Beispiel noch einmal zugrunde legt, beim Ausfahren aus der Kurve und Rückstellen des Lenkrades ein anderes Übersetzungsverhältnis vorfindet als bei der Einfahrt in die Kurve, sodass der Fahrer unter Umständen den Kraftwagen Unter- oder übersteuert.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Überlagerungslenkung bereitzustellen, bei welcher die fahrgeschwindigkeitsabhängige Einstellung des Überlagerungswinkels weder zu Komfort- noch zu Sicherheitseinbußen für den Fahrer führt.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie einen Kraftwagen gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Wie bereits eingangs beschrieben, wird durch die Überlagerungssteuerung der Überlagerungswinkel in Abhängigkeit von einem an einem Signaleingang empfangenen Fahrgeschwindigkeitswert festgelegt. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht nun vor, der Überlagerungssteuerung an diesem Signaleingang nicht den Wert für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit zu übergeben, sondern einen virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert. Hierzu wird von einer der Überlagerungssteuerung vorgeschalteten Berechnungseinrichtung aus dem Wert für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit des Kraftwagens ein zumindest zeitweise von diesem verschiedener, virtueller Fahrgeschwindigkeitswert berechnet. Mit zeitweise ist hier übergangsweise gemeint. Hierdurch ist es möglich, bei einer Überlagerungssteuerung mit fest vorgegebenem VSR-Kennfeld sanfte, für einen Fahrer nicht wahrnehmbare Übergänge zwischen zwei Einstellungen der Lenkübersetzungen zu schaffen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Fahrer auch beim Abbremsen bzw. Beschleunigen des Fahrzeugs während einer Kurvenfahrt mit konstantem Radius danach keine Lenkwinkelkorrektur vornehmen muss, weil etwa die Überlagerungssteuerung bei Erkennen einer Lenkbewegung sprunghaft das Übersetzungsverhältnis ändert.
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Eine erweiterte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, den virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert auf Grundlage eines Regelalgorithmus zu berechnen, für welchen der Wert der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit den Sollwert der Regelung bildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass über die Parameter des Regelalgorithmus das Zeitverhalten der Anpassung des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts sehr genau eingestellt werden kann und insbesondere an das Reaktionsverhalten von Menschen angepasst werden kann. Besonders geeignet für eine Nachführung des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts hat sich eine PD-Regelung (PD – Proportionaldifferential) erwiesen.
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Um insbesondere die bereits beschriebene kritische Situation einer Kurvenfahrt mit konstantem Krümmungsradius bei gleichzeitiger Geschwindigkeitsänderung meistern zu können, wird bevorzugt zusätzlich zumindest einer der folgenden Lenkparameter bei der Berechnung des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts berücksichtigt: der Lenkwinkel, wie er an der Lenkhandhabe erfasst werden kann; eine Änderungsrate des Lenkwinkels; der aktuell von der Überlagerungssteuerung eingestellte Überlagerungswinkel; eine Änderungsrate dieses Überlagerungswinkels. Unter einem Lenkwinkel ist im Zusammenhang mit der Erfindung der Auslenkwinkel des Lenkrads oder auch, wie etwa im Falle eines Steuerknüppels, die Auslenkung aus der Ruhestellung gemeint. Mit Änderungsrate ist hierbei die Veränderung des jeweiligen Winkels mit der Zeit gemeint, also im Falle von kontinuierlichen Größen die zeitliche Ableitung dieses Winkelsignals. Die Berücksichtigung eines oder mehrerer der beschriebenen Lenkparameter bietet nicht nur in der obigen kritischen Situation, sondern auch in vielen weiteren Situationen die Möglichkeit, die Anpassung des Übersetzungsverhältnisses besonders ergonomisch und sicher auszugestalten.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn durch die Berechnungseinrichtung das Signal eines Lenkparameters geglättet wird, bevor es der Berechnung des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts zugrunde gelegt wird. Dies gilt insbesondere für das Signal der Änderungsrate des Lenkwinkels und das Signal der Änderungsrate des Überlagerungswinkels. Hierdurch werden sprunghafte Änderungen des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts und damit der daraus berechneten Lenkübersetzung vermieden. Als zum Glätten besonders geeignet haben sich hierbei ein PT1-Glied und ein adaptives Filter erwiesen.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, ein durch die Berechnungseinrichtung ermitteltes Signal zumindest eines der Lenkparameter mittels einer Kennlinie zu verändern. Eine solche Kennlinie kann beispielsweise in Form einer so genannten LUT (Lookup-Tabelle) bereitgestellt sein. Über eine solche Kennlinie lässt sich festlegen, welchen Einfluss ein bestimmter Lenkparameter, beispielsweise die Änderungsrate des Lenkwinkels, auf die Änderungsrate des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts und damit letztendlich auf die Änderungsrate der Lenkübersetzung selbst hat. Beispielsweise möchte man bei einer heftigen Lenkbewegung (große Änderungsrate des Lenkwinkels) eine schnellere Anpassung der Lenkübersetzung erreichen als bei einer sanften Lenkbewegung des Fahrers (kleine Änderungsrate des Lenkwinkels). Die Verwendung einer Kennlinie weist weiterhin den Vorteil auf, dass nur wenige Eckwerte für die Einstellung nötig sind. Fehlende Werte lassen sich interpolieren, ohne dass hierdurch merkliche Nachteile beim Reaktionsverhalten der Lenkübersetzung auftreten.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, für die Berechnung des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts zusätzlich einen Faktor in Abhängigkeit davon zu ermitteln, ob der aktuelle Überlagerungswinkel und der aktuelle Lenkwinkel gleich- oder gegensinnig auf den Radeinschlagwinkel wirken. Über diesen Faktor lässt sich dann die Änderungsrate des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts in Abhängigkeit davon einstellen, ob die Überlagerungssteuerung gerade verstärkend (gleichsinnige Wirkung) oder vermindernd (gegensinnige Wirkung) wirkt.
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Wie bereits ausgeführt, kann es von Vorteil sein, gezielt auf die Änderungsrate des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts Einfluss zu nehmen. Hierzu sieht eine Ausführungsform des Verfahrens vor, zum Ändern des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts den virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert zu einem gegebenen Zeitpunkt aus dem vorhergehenden virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert und einem Ausgleichswert zu berechnen. Hierbei wird der Ausgleichswert bestimmt, indem eine Differenz des Werts der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit und des vorhergehenden virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts mit einem Skalierungsfaktor multipliziert wird. Insbesondere wird als vorhergehender Fahrgeschwindigkeitswert der unmittelbar vorhergehende, also der zuletzt an den Signaleingang ausgegebene Fahrgeschwindigkeitswert verwendet.
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Diese Berechnungsform für das Anpassen des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts hat sich als besonders günstig erwiesen, um gezielt die Änderungsrate des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts zu beeinflussen. Ausgehend vom vorhergehenden virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert wird nämlich der Ausgleichswert zum einen immer dann groß, wenn die Abweichung zwischen tatsächlicher und virtueller Fahrgeschwindigkeit groß ist. Zum anderen kann aber auch unabhängig von dieser Abweichung der Ausgleichswert durch Vorgeben eines entsprechenden Skalierungsfaktors eingestellt werden. Als Skalierungsfaktor wird hier bevorzugt die Summe aus den verarbeiteten Werten der Lenkparameter, also etwa der LUT-Werte, sowie der beschriebenen Faktor für die gleichsinnige oder gegensinnige Wirkung des Überlagerungswinkels verwendet. Natürlich kann auch abweichend von der obigen Multiplikation eine andere Berechnungsformel, beispielsweise auf Grundlage einer Addition, verwendet werden.
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Eine Weiterbildung des beschriebenen Ansatzes betreffend die Verwendung des Ausgleichswerts sieht vor, dass der Ausgleichswert betragsmäßig begrenzt wird und zwar auf die absolute Differenz zwischen der tatsächlichen und der virtuellen Fahrgeschwindigkeit. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein Überschwingen oder Pendeln des Ausgangssignals der Berechnungseinrichtung beim Einstellen des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts vermieden.
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In ähnlicher Weise sieht eine andere Weiterbildung des Verfahrens vor, bei der zyklischen Anpassung des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts eine Änderung dieses Werts pro Anpassungszyklus auf einen vorbestimmten maximale Korrekturwert zu begrenzen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass sich auch die aus dem virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert berechnete Lenkübersetzung innerhalb eines Anpassungszyklus stets nur in einem vorgebbaren absoluten Maß und nicht darüber hinaus verändert. Mit anderen Worten wird eine ruckartige, heftige Anpassung der Lenkübersetzung sicher vermieden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist als weiteren Vorteil auf, dass es sich problemlos in bereits bestehende Kraftwagenarchitekturen integrieren lässt. Wie bereits ausgeführt, kann die Berechnungseinrichtung einer beliebigen, aus dem Stand der Technik bekannten Überlagerungssteuerung vorgeschaltet werden, die beispielsweise mittels eines VSR-Kennfelds die Lenkübersetzung in Abhängigkeit von der empfangenen Fahrgeschwindigkeit einstellt. Genauso ist es möglich, das Verfahren mit einer Schätzeinrichtung zu kombinieren, welche die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit auf der Grundlage eines Modells des Kraftwagens ermittelt. Solche Schätzeinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und ersetzen die direkte Messung der Fahrgeschwindigkeit, die sich aufgrund unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeiten der einzelnen Räder des Kraftwagens als schwierig erweisen kann.
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In diesem Zusammenhang sieht eine Ausführungsform des Verfahrens auch vor, aus Drehzahlen zumindest zweier Räder des Kraftwagens jeweils einen Wert für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit zu ermitteln (dies geht auch auf der Grundlage des beschriebenen Modells, falls dieses Fahrgeschwindigkeiten für jedes Rad ermittelt). Zu jedem dieser Werte für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit wird dann separat jeweils ein Zwischenwert für die virtuelle Fahrgeschwindigkeit gebildet. Der letztendlich an die Überlagerungssteuerung übergebene virtuelle Fahrgeschwindigkeitswert wird dann aus diesen Zwischenwerten berechnet. Insbesondere bei Kurvenfahrten ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass für die unterschiedlichen Drehzahlen der einzelnen Räder jeweils ein optimaler Zwischenwert berechnet werden kann und dann auf Grundlage dieser Zwischenwerte eine für die Fahrsituation besonders geeignete Lenkübersetzung durch Einstellen des entsprechenden virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts vorgegeben werden kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, erst die unterschiedlichen Werte für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit miteinander zu kombinieren und dann auf der Grundlage des kombinierten Werts unmittelbar nur einen einzelnen virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert zu berechnet. Dies geht mit weniger Berechnungsaufwand einher.
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Wie bereits ausgeführt, gehört zu der Erfindung auch ein Kraftwagen mit einer Überlagerungslenkung. Diese weist eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen. Mit anderen Worten umfasst die Steuereinrichtung zumindest die Überlagerungssteuerung und die vorgelagerte Berechnungseinrichtung. Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise durch ein Steuergerät realisiert sein.
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Der erfindungsgemäße Ansatz für die Überlagerungslenkung ist universal einsetzbar. Entsprechend kann der erfindungsgemäße Kraftwagen ein mechanisches Lenksystem oder aber auch ein Steer-by-Wire-Lenksystem aufweisen.
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Im Folgenden wird die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dazu zeigt.
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1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftwagens;
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2 ein Blockschaltbild zu einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 bis 5 Details zu dem Blockschaltbild von 2.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Beispiel stellen die beschriebenen Komponenten des Kraftwagens und die beschriebenen Schritte des Verfahrens jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Einzelheiten der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebene Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Einzelheiten der Erfindung ergänzbar.
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In 1 ist ein Kraftwagen 10 mit einer Überlagerungslenkung 12 gezeigt. Bei dem Kraftwagen 10 kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen handeln. Durch die Überlagerungslenkung 12 wird eine Lenkübersetzung eingestellt, d. h. ein Verhältnis eines Lenkwinkels W1, den ein Fahrer 14 an einer Lenkhandhabe 16, beispielsweise einem Lenkrad, einstellt, zu einem Radeinschlagwinkel R. Die Lenkübersetzung der Überlagerungslenkung 12 wird in Abhängigkeit von einer tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit Vx des Kraftwagens 10 eingestellt. Hierzu wird die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit Vx von einer Geschwindigkeitserfassung 18 in ans sich bekannter Weise gemessen. Die Geschwindigkeitserfassung 18 kann hierzu z. B. Drehzahlen D1, D2 von Rädern 20, 22 des Kraftwagens 10 erfassen und hieraus einen einzelnen Wert für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit Vx oder auch mehrere, für jedes Rad 20, 22 ermittelte Werte für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit Vx des Kraftwagens 10 ermitteln. Die Geschwindigkeitserfassung 18 kann in bekannter Weise auch ein Modell 24 umfassen, welches zur Ermittlung des Werts für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit Vx zugrunde gelegt werden kann. Bei der Geschwindigkeitserfassung 18 kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät handeln.
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Die Überlagerungslenkung 12 umfasst eine Lenkwinkelerfassung 26, eine Steuereinrichtung 28 und einen Aktor 30. Die Lenkwinkelerfassung 26 erfasst den Lenkwinkel W1. Bei der Lenkwinkelerfassung 26 kann es sich um eine an sich bekannte Sensorik handeln. Die Steuereinrichtung 28 empfängt von der Lenkwinkelerfassung 26 ein Signal betreffend den erfassten Lenkwinkel W1 und überlagert diesem ein Signal eines Überlagerungswinkels W2. Die Überlagerung 32 erfolgt in dem gezeigten Beispiel additiv. Die Überlagerung 32 gibt als Resultat der Addition ein Signal für einen Steuerwinkel W3 = W1 + W2 aus. Dieses Signal wird von der Steuereinrichtung 28 an den Aktor 30 ausgegeben. Der Aktor 30 stellt in Abhängigkeit von dem Signal für den Steuerwinkel W3 in an sich bekannter Weise eine Drehlage einer Spindel 34 ein, die mit einem Fahrwerk 36 des Kraftwagens 10 gekoppelt ist. Durch das Fahrwerk 36 wird gemäß der Drehlage der Spindel 34 der Radeinschlagwinkel R der Räder 20, 22 eingestellt.
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Zum Ermitteln des Signals für den Überlagerungswinkel W2 weist die Steuereinrichtung 28 eine Überlagerungssteuerung 38 auf. Bei der Überlagerungssteuerung 38 kann es sich beispielsweise um ein Programm handeln, das von einem Mikrocontroller der Steuereinrichtung 28 ausgeführt wird. Die Überlagerungssteuerung 38 empfängt an einem Signaleingang 40 ein Signal für einen virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert Vg. Des Weiteren empfängt die Überlagerungssteuerung 38 den erfassten Lenkwinkel W1. Durch die Überlagerungssteuerung 38 wird in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von dem empfangenen virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert Vg beispielsweise über eine VSR-Kennlinie 42 eine Lenkübersetzung VSR zugeordnet. Hier und im Folgenden wird synonym für ein Signal einer Größe die Größe selbst genannt, also das Signal für die Fahrgeschwindigkeit entspricht der Fahrgeschwindigkeit. Aus dem aktuellen Lenkwinkel W1 und der ermittelten Lenkübersetzung VSR wird dann der Überlagerungswinkel W2 für die Überlagerung 32 ermittelt.
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Der von der Überlagerungssteuerung 38 empfangene Wert für die virtuelle Fahrgeschwindigkeit Vg entspricht nicht dem von der Geschwindigkeitserfassung 18 ermittelten Wert für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit Vx. Der Wert für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit Vx wird von einer Berechnungseinrichtung 44 der Steuereinrichtung 28 empfangen. Die Berechnungseinrichtung 44 berechnet aus dem tatsächlichen Fahrgeschwindigkeitswert Vx einen virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert Vg, der an dem Signaleingang 40 der Überlagerungssteuerung 38 als der Fahrgeschwindigkeitswert übergeben wird. Bei der Berechnungseinrichtung 44 kann es sich beispielsweise ebenfalls um ein Programm eines Mikrocontrollers der Steuereinrichtung 28 handeln.
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Im Folgenden wird anhand 2 bis 5 erläutert, wie durch die Berechnungseinrichtung 44 aus dem Wert für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit Vx der virtuelle Fahrgeschwindigkeitswert Vg berechnet wird.
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In 2 ist dazu noch einmal die Berechnungseinheit 44 gezeigt. Die Berechnungseinheit 44 empfängt die Signale für den aktuellen Lenkwinkel W1, den aktuellen Überlagerungswinkel W2 und die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit Vx. Die Berechnungseinheit 44 empfängt des Weiteren von der Überlagerungssteuerung 38 einen Wert für einen Faktor F, welcher angibt, ob der Lenkwinkel W1 durch den Überlagerungswinkel W2 momentan vergrößert oder verkleinert wird.
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Der Lenkwinkel W1 wird an eine Analyseeinrichtung 46 weitergeleitet, welche in Abhängigkeit von dem Lenkwinkel W1 einen verarbeiteten Lenkparameter L1 und einen verarbeiteten Lenkparameter L2 berechnet. Der Überlagerungswinkel W2 wird an eine Analyseeinrichtung 48 übertragen, welche daraus verarbeitete Lenkparameter L3 und L4 berechnet.
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Um ein digitales Signal des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts Vg zu erzeugen, wird zyklisch in vorgegeben Zeitabständen, z. B. alle 10 ms, ein neuer virtueller Fahrgeschwindigkeitswert Vg berechnet, indem eine Differenz Dv aus dem vorangegangenen virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert Vgz und dem Wert für die aktuelle tatsächliche Fahrgeschwindigkeit Vx mittels einer Subtraktion 50 berechnet wird. Der vorangegangene virtuelle Fahrgeschwindigkeitswert Vgz wird durch ein Verzögerungsglied 52 ausgegeben, welches als Eingangswert nach dessen Berechnung den aktuellen virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert Vg empfängt, der auch an die Überlagerungssteuerung 38 übertragen wird. Aus der Differenz Dv zwischen dem tatsächlichen Vx und dem virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert Vg wird durch eine Verrechnungseinrichtung 54 ein Ausgleichswert A berechnet, der durch eine Begrenzungseinrichtung 56 gegebenenfalls in seinem Wert begrenzt wird. Der Ausgabewert der Begrenzungseinrichtung 56 ist ein begrenzter Ausgleichswert Ab.
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Der begrenzte Ausgleichswert Ab wird in diesem Beispiel von dem vorangegangenen virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert Vgz mittels eines Subtrahierers 58 subtrahiert, woraus sich der neue virtuelle Fahrgeschwindigkeitswert Vg ergibt. Ein großer Wert für den begrenzten Ausgleichswert Ab bedeutet also, dass sich ein großer Unterschied zwischen dem vorangegangenen virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert Vgz und dem neuen virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert Vg ergibt. Mit anderen Worten ist dann die Änderungsrate des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts Vg sehr groß. Ein kleiner Wert für den begrenzten Ausgleichswert Ab bewirkt dagegen eine kleine Änderungsrate.
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Zum Berechnen des Ausgleichswerts A aus der Differenz Dv kann einer oder können mehrere der verarbeiteten Lenkparameter L1 bis L4 sowie der Faktor F berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der Ausgleichswert A aus einem Produkt der Differenz Dv, dem Faktor F sowie einem Lenkparameter oder einer Summe mehrerer Lenkparameter berechnet werden. Eine beispielhafte Rechnungsformel lautet: A = (L1 + L2 + L3 + L4) × F × Dv.
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Das Symbol „x” steht hierbei für eine Multiplikation. Über den Faktor F wird unterschieden, ob die Überlagerungsrichtung gleichsinnig zur Lenkradbewegung ist oder gegensinnig. Für die beiden Fälle können durch zuweisen eines entsprechenden Werts für den Faktor F unterschiedliche Änderungsraten des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts Vg vorgegeben werden.
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Im Folgenden wird erläutert, wie durch die Analyseeinrichtung 46 auf der Grundlage des Signals für den Lenkwinkel W1 die verarbeiteten Lenkparameter L1 und L2 berechnet werden. Der verarbeitete Lenkparameter L1 repräsentiert den Lenkwinkel, wobei hierzu durch die Analyseeinrichtung 46 der erfasste Lenkwinkel W1 mittels einer Lookup-Tabelle 60 verändert wird. Durch die Lookup-Tabelle 60 wird eine Zuordnungsfunktion definiert, welche festlegt, welchen Wert der Lenkparameter L1 bei welchem Wert des Lenkwinkels W1 aufweisen soll.
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Aus dem Lenkwinkel W1 wird des Weiteren durch einen digitalen Differenzierer 62 die Änderungsrate Wr1 des Lenkwinkels W1 berechnet. Das Signal der Änderungsrate Wr1 des Lenkwinkels W1 wird mittels eines Filters 64 geglättet. Der Filter 64 kann beispielsweise ein Zeitfilter, etwa ein PT1-Glied oder ein adaptiver Filter, sein. Das gefilterte Signal wird mittels einer Lookup-Tabelle 66 verändert, woraus sich der verarbeitete Lenkparameter L2 als Ausgangswert ergibt. Durch die Lookup-Tabelle 66 wird ähnlich wie mittels der Lookup-Tabelle 60 der Fahrkomfort und die Fahrsicherheit optimiert.
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Anhand von 4 ist im Folgenden die Funktionsweise der Analyseeinrichtung 48 beschrieben. Durch die Analyseeinrichtung 48 wird aus dem aktuellen Wert für den Überlagerungswinkel W2 mittels einer Lookup-Tabelle 68 der verarbeitete Lenkparameter L3 gebildet, der den aktuellen Überlagerungswinkel repräsentiert. Ein digitaler Differenzierer 70 erzeugt aus dem Überlagerungswinkel W2 die Änderungsrate Wr2 des Überlagerungswinkels W2. Das Signal der Änderungsrate Wr2 wird durch einen Filter 72 geglättet. Das geglättete Signal wird über eine Lookup-Tabelle 74 in den verarbeiteten Lenkparameter L4 umgewandelt. Der Filter 72 kann in derselben Weise realisiert sein wie der Filter 64, wobei allerdings Filterparameter unterschiedlich gewählt sein können.
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Die Glättungseigenschaften, d. h. die Tiefpass-Charakteristik, der Filter 64 und 72 können ebenfalls in Fahrexperimenten beispielsweise nach ergonomischen Gesichtspunkten angepasst werden, um ein sicheres und komfortables Fahren des Kraftwagens 10 zu ermöglichen. Die Anpassung kann bei der Entwicklung der Berechnungseinrichtung 44 erfolgt sein. Auch die Werte für die Lookup-Tabellen 60, 66, 68, 74 können bei solchen Fahrexperimenten eingestellt werden. Generell sind die Werte der Lookup-Tabellen 60, 66, 68, 74 so zu wählen, dass alle plausiblen Eingangssignale verarbeitet werden können (Maxima, Minima). Eingangswerte zwischen den Lookup-Tabellenwerten können geeignet interpoliert werden, beispielsweise linear.
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Der Ausgleichswert A stellt einen Regelungsausgleich dar, der als Ausgangsgröße der Verrechnungseinrichtung 54 begrenzt werden muss, um Überschwinger im Ausgangssignal der Berechnungseinrichtung 44, also im Signal des virtuellen Fahrgeschwindigkeitswerts Vg, zu vermeiden. Auch ein Überschreiten einer maximale Änderungsrate sowie Sprünge werden durch Vorgeben eines Maximalwerts M, der in der Berechnungseinrichtung 44 gespeichert sein kann, verhindert. Der durch die Verrechnungseinrichtung 54 berechnete Abgleichswert A kann von der Begrenzungseinrichtung 56 z. B. in der anhand von 5 beschriebenen Weise begrenzt werden.
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Der Ausgleichswert A wird in diesem Beispiel an einen ersten Begrenzer 76 übertragen. Der Begrenzer 76 bildet den Ausgleichswert A auf einen begrenzten Ausgleichswert Aa ab. Falls der Ausgleichswert A zwischen einer oberen Grenze und einer unteren Grenze liegt, wird als Ausgabewert Aa der Ausgleichswert A selbst ausgegeben. Oberhalb der oberen Grenze bzw. unterhalb der unteren Grenze wird der jeweilige Grenzwert als begrenzter Ausgleichswert Aa ausgegeben. Die obere Grenze entspricht dem Betrag der Differenz Dv, also der absoluten Differenz Dv, wobei der Betrag durch einen Absolutwertberechner 78 berechnet wird, der die Differenz Dv empfängt und den Betrag an den Begrenzer 76 übermittelt. Der untere Grenzwert wird aus dem von dem Absolutwertberechner 78 berechneten Wert berechnet, indem der Wert mit dem Wert –1 multipliziert wird. Der begrenzte Ausgleichswert Aa wird an einen zweiten Begrenzer 80 übertragen. Der zweite Begrenzer 80 funktioniert wie der erste Begrenzer 76. Als oberer Grenzwert wird dabei der Betrag des Maximalwerts M zugrunde gelegt, den hier ein Absolutwertberechner 82 berechnet. Hierdurch wird bei einem falsch eingegeben Maximalwert M eine Fehlfunktion verhindert. Als unterer Grenzwert wird aus dem Betrag des Maximalwerts M durch Multiplizieren mit dem Wert –1 die untere Grenze berechnet. Der Ausgangswert des zweiten Begrenzers 80 ist der begrenzte Ausgleichswert Ab. Daraus wird in der bereits beschriebenen Weise der virtuelle Fahrgeschwindigkeitswert Vg berechnet.
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Die oben in 2 bis 5 beschriebenen Modelle können für jede Fahrzeugraddrehzahl D1, D2 separat implementiert werden. Falls in dem Rechnersystem für die Geschwindigkeitserfassung 18 bereits eine Modellbildung der Fahrzeuggeschwindigkeit mittels eines Modells 24 vorgenommen wird, ist es zielführend, diese Fahrzeuggeschwindigkeit, wie sie mit dem Modell 24 berechnet wurde, als Eingangsgröße Vx für die oben beschriebenen Modelle zu verwenden.
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Bei der Überlagerungssteuerung 38 kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich zu der beschriebenen variablen Lenkübersetzung weitere Einflussfaktoren auf den Überlagerungswinkel W2 hinzukommen, beispielsweise eine Winkelvorgabe für einen stabilisierenden Lenkeingriff, eine Beschränkung der Ritzeldrehzahl (beispielsweise des Aktors 30) im Zusammenspiel mit einer Elektrolenkung. Solche zusätzlichen Einflussfaktoren können problemlos mit der beschriebenen Übersetzungswinkelberechnung kombiniert werden.
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Das beschriebene Verfahren ist auch bei Steer-by-Wire-Systemen anwendbar, bei welchen eine geschwindigkeitsabhängige variable Lenkübersetzung umgesetzt ist.
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Insgesamt wird durch die Berechnungseinrichtung 44 ein PD-Regelalgorithmus realisiert, welcher den virtuellen Fahrgeschwindigkeitswert Vg auf den tatsächlichen Wert für die Fahrgeschwindigkeit Vx einregelt, wobei durch den aktuellen Lenkwinkel W1, den aktuellen Überlagerungswinkel W2, den Faktor F und den Maximalwert M das Regelverhalten parametriert ist und sich hieraus ein entsprechendes Zeitverhalten der Regelung und weitere Regelcharakteristiken ergeben. Durch die Lookup-Tabellen 60, 66, 68, 74 und die Filtercharakteristiken der Filter 64 und 70 kann hierbei die Regelcharakteristik sehr genau auf die Bedürfnisse von Fahrern abgestimmt werden.
