DE102012022802A1

DE102012022802A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Lenkung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102012022802A1
Application number: DE201210022802
Authority: DE
Inventors: Andreas Wiegmann; Mathias Schaper
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: DE102012022802B4

Abstract

Zur Steuerung einer Lenkung eines Fahrzeugs (10) wird eine Unterstützungskraft (UK) abhängig von einem mittels eines Lenkrads des Fahrzeugs (10) aufgebrachten Handmoment (HM) bestimmt. Mit Hilfe dieser Unterstützungskraft (UK) die Lenkung betrieben. Die Unterstützungskraft (UK) wird zudem abhängig von einem Lenkwinkel (LW) der Lenkung derart bestimmt, dass die Unterstützungskraft (UK) in einem Bereich bei einem Endanschlag der Lenkung verstärkt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um eine Unterstützungskraft einer Lenkung eines Fahrzeugs zu bestimmen.
Die DE 10 2007 024 489 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen einer elektromechanischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird über ein Stellglied eine eine Lenkbewegung hemmende Kraft aufgebracht, die in Abhängigkeit von einer Annäherung einer Lenkungsstellung an eine Endanschlagstellung zunimmt.
Die DE 10 56 369 A1 offenbart eine Steuereinheit für eine elektrische Servolenkung. Dabei kommt eine Lenkrad-Rückdrehsteuerung nur dann zur Ausführung, wenn sich das Lenkrad tatsächlich zurückdreht.
Die DE 37 00 900 A1 offenbart eine motorgetriebene Servolenkung für Fahrzeuge.
Wenn der Lenkwinkel eines Fahrzeugs in den Bereich der Endanschläge kommt, beginnt sich aufgrund des Fahrwerks und der Achsgeometrie der Vorderwagen des Fahrzeugs zu heben. Da der Fahrer beim Lenken die Kraft für dieses Anheben erzeugen muss, ist nach dem Stand der Technik für eine Änderung des Lenkwinkels insbesondere im Stand des Fahrzeugs eine größere Kraft notwendig, wenn sich der Lenkwinkel im Bereich der Endanschläge befindet, als wenn sich der Lenkwinkel in einem mittleren Bereich liegt.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, dieses nach dem Stand der Technik bekannte Problem zu beseitigen, so dass der Fahrer für eine Änderung des Lenkwinkels nahezu dieselbe Kraft benötigt, unabhängig davon, ob sich der aktuelle Lenkwinkel im Bereich der Endanschläge befindet oder nicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung einer Lenkung nach Anspruch 1, durch eine Vorrichtung zur Steuerung einer Lenkung nach Anspruch 7 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung einer Lenkung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Dabei wird eine Unterstützungskraft in Abhängigkeit von einem Handmoment, welches beispielsweise der Fahrer des Fahrzeugs über das Lenkrad des Fahrzeugs aufbringt, bestimmt. Auf die Lenkung des Fahrzeugs wirkt dann eine Kombination aus dem Handmoment und der Unterstützungskraft, welche mit Hilfe eines Motors erzeugt wird. Dabei wird die Unterstützungskraft zusätzlich abhängig von einem Lenkwinkel der Lenkung derart bestimmt, so dass die Unterstützungskraft in einem Bereich bei einem Endanschlag der Lenkung (d. h. in der Nähe eines Endanschlags der Lenkung) im Vergleich zu anderen Bereichen verstärkt wird.
Indem die Unterstützungskraft in der Nähe des Endanschlags bei sonst gleichen Bedingungen (insbesondere gleichem Handmoment) größer ist, als in einer größeren Entfernung von einem Endanschlag, benötigt der Fahrer vorteilhafterweise auch dann nur eine vergleichsweise geringe Kraft zur Veränderung des Lenkwinkels, wenn sich der aktuelle Lenkwinkel im Bereich des Endanschlags befindet.
Dabei wird unter dem Lenkwinkel bzw. Lenkradwinkel derjenige Winkel verstanden, um welchen das Lenkrad des Fahrzeugs aus der neutralen (Lenkwinkel-)Position, in welcher die gelenkten Räder des Fahrzeugs geradeaus fahren, herausgelenkt bzw. herausgedreht worden ist. Der Lenkwinkel kann beispielsweise anhand der aktuellen Position der Zahnstange der Lenkung bestimmt werden und besitzt positive bzw. negative Werte bei einer Drehung des Lenkrads nach rechts bzw. links. Der Lenkwinkel befindet sich dann in der Nähe eines Endanschlags, wenn ein Betrag eines Winkelabstands zwischen dem dem am nächsten liegenden Endanschlag entsprechenden Lenkwinkel und dem aktuellen Lenkwinkel unterhalb eines vorbestimmten Lenkwinkel-Schwellenwerts liegt. Der Lenkwinkel befindet sich am Endanschlag, wenn das Lenkrad in die entsprechende Richtung (des Endanschlags) nicht mehr weiter gedreht werden kann. Dabei kann der Endanschlag auch softwaretechnisch nachgebildet werden, wobei in diesem Fall auch von einem Software-Endanschlag gesprochen wird.
Die erfindungsgemäße Kombination von Handmoment und Lenkwinkel zur Bestimmung der Unterstützungskraft bzw. Unterstützungsleistung kompensiert dabei vorteilhafterweise die fahrzeugbedingten schwer gängigen Winkelbereiche insbesondere im Bereich der Endanschläge. Anders ausgedrückt bewirkt die vorliegende Erfindung eine erhöhte Lenkunterstützung in einem Bereich der bisherigen Schwergängigkeit.
Vorteilhafterweise wird die Unterstützungskraft abhängig von dem Handmoment und abhängig von dem Lenkwinkel derart bestimmt, dass im Wesentlichen mit demselben Handmoment ein Durchlenken des vollständigen Winkelbereichs der Lenkung möglich ist. Im Wesentlichen mit demselben Handmoment bedeutet dabei, dass zum Durchlenken des vollständigen Winkelbereichs für jeden Lenkwinkel ein bestimmtes Handmoment notwendig ist, wobei der Betrag einer Differenz zwischen zwei beliebigen dieser Handmomente unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, welcher kleiner als 1 Nm, vorzugsweise kleiner als 0,8 Nm oder besser kleiner als 0,5 Nm ist.
Dadurch ist vorteilhafterweise gewährleistet, dass das Handmoment, welches im Bereich der Endanschläge zur Veränderung des Lenkwinkels in Richtung des nächstliegenden Endanschlags notwendig ist, nicht wesentlich größer ist als bei einem Lenkwinkel in der Nähe der neutralen Position. Der Fahrer kann somit vorteilhafterweise mit einem (nahezu) konstanten Handmoment über den gesamten Winkelbereich durchlenken.
Abhängig von einem Betrag des Winkelabstands zwischen dem aktuellen Lenkwinkel und demjenigen Lenkwinkel, welcher dem dem aktuellen Lenkwinkel am nächsten liegenden Endanschlag entspricht, wird die Unterstützungskraft insbesondere umso größer bestimmt, je kleiner dieser Betrag ist. Mit anderen Worten wird die Unterstützungskraft vorteilhafterweise umso mehr verstärkt, je näher der Lenkwinkel an einem der Endanschläge liegt.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird abhängig von dem auf die Lenkung aufgebrachten Handmoment eine Kraft bestimmt und abhängig von dem aktuellen Lenkwinkel ein Faktor bestimmt. Die Unterstützungskraft wird gemäß dieser Ausführungsform durch das Produkt aus der Kraft und dem Faktor berechnet.
Da der Faktor abhängig von dem Lenkwinkel gebildet wird, kann der Faktor umso größer bestimmt werden, je dichter der Lenkwinkel an einem Endanschlag liegt.
Vorteilhafterweise ist die Unterstützungskraft darüber hinaus abhängig von der Richtung, in welcher das Lenkrad gelenkt wird oder in welcher der Lenkwinkel verändert wird. Dabei wird die Unterstützungskraft insbesondere kleiner bestimmt, wenn erfasst wird, dass der Lenkwinkel in Richtung der neutralen Lenkwinkelposition verändert wird, als wenn erfasst wird, dass sich durch die Lenkbewegung der Abstand von der neutralen Lenkwinkelposition vergrößert.
Gerade in der Nähe eines Endanschlags erfordert es im Vergleich zu anderen Lenkwinkeln eine größere Kraft, um den Lenkwinkel weiter in Richtung dieses Endanschlags zu verändern, da zusätzlich zur Veränderung der Stellung der gelenkten Räder der Vorderwagen angehoben wird. Wird dagegen der Lenkwinkel in der Nähe eines Endanschlag derart geändert, dass sich der Abstand von diesem Endanschlag vergrößert, senkt sich der Vorderwagen ab, wodurch eine zusätzliche Kraft (zusätzlich zur Unterstützungskraft) das Lenken der gelenkten Räder unterstützt. Daher ist beispielsweise der Unterschied zwischen der Unterstützungskraft für die eine Lenkrichtung und der Unterstützungskraft für die andere Lenkrichtung in der Nähe der Endanschläge größer als in der Nähe der neutralen Lenkwinkelposition.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Steuerung einer Lenkung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Steuerung, einen Sensor, um das mit Hilfe des Lenkrads aufgebrachte Handmoment zu erfassen, und einen Motor, um die Unterstützungskraft zum Betrieb der Lenkung zu erzeugen. Die Steuerung ist dabei derart ausgestaltet, dass die Steuerung die Unterstützungskraft in Abhängigkeit von dem Handmoment einstellt. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung einen Sensor, um den Lenkwinkel zu erfassen. Die Steuerung setzt den derart erfassten Lenkwinkel ein, um die Unterstützungskraft zusätzlich abhängig von diesem Lenkwinkel derart zu bestimmen, dass die Unterstützungskraft in einem Bereich bei einem Endanschlag der Lenkung (bei sonst gleichen Bedingungen, insbesondere dem Handmoment) größer bestimmt wird, als in einem Bereich entfernt von diesem Endanschlag.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch bei Flugzeugen sowie spurgeführten Fahrzeugen einsetzbar ist.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist schematisch dargestellt, wie abhängig vom Handmoment und Lenkwinkel die Unterstützungskraft bestimmt wird.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt schematisch, wie abhängig von dem Handmoment HM und dem Lenkwinkel LW die Unterstützungskraft UK berechnet wird. Mit Hilfe eines ersten Kennfeldes 1 wird ausgehend von dem Handmoment HM eine Kraft K berechnet. Nach dem Stand der Technik würde es sich bei dieser Kraft K um die Unterstützungskraft UK handeln. Erfindungsgemäß wird nun mit Hilfe des Lenkwinkels LW und eines zweiten Kennfeldes 2 ein Faktor F bestimmt, welcher dann mit Hilfe eines Multiplizierers 3 mit der Kraft K multipliziert wird, um die Unterstützungskraft UK zu berechnen.
Obwohl es in 1 nicht dargestellt ist, kann die Unterstützungskraft K abhängig von der Lenkrichtung (nach innen oder nach außen bzw. in Richtung der neutralen Position oder in Richtung eines Endanschlags) bestimmt werden. In diesem Fall weist die Unterstützungskraft bei einem Lenken nach innen (aufgrund der Rückstellkräfte des Fahrwerks) geringere Werte auf als bei einem Lenken nach außen. Dadurch ist vorteilhafterweise zur Änderung des Lenkwinkels unabhängig von dem aktuellen Lenkwinkel und unabhängig von der Lenkrichtung immer im Wesentlichen dasselbe Handmoment erforderlich.
Der Faktor F kann beispielsweise im Bereich der neutralen Lenkwinkelposition den Wert 1 und abhängig von der Lenkrichtung im Bereich der Endanschläge bei einer Lenkung nach außen einen Wert größer als 1 und bei einer Lenkung nach innen einen Wert kleine als 1 annehmen.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 umfasst. Dabei umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 einen Handmomentsensor 4, einen Lenkwinkelsensor 6, einen Motor 7 und eine Steuerung 5. Die Steuerung 5 erfasst mit Hilfe des Handmomentsensors 4 das Handmoment HM und mit Hilfe des Lenkwinkelsensors 6 den Lenkwinkel LW, um dann abhängig von dem Handmoment HM und von dem Lenkwinkel LW die Unterstützungskraft UK zu berechnen. Mit der Unterstützungskraft UK wird das vom Fahrer des Fahrzeugs 10 über das Lenkrad aufgebrachte Handmoment HM verstärkt, um die gelenkten Räder des Fahrzeugs 10 mit Hilfe eines Moments zu lenken, welches sich als Addition aus dem Handmoment HM und einem Moment ergibt, welches durch die vom Motor 7 erzeugte Unterstützungskraft UK erzeugt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007024489 A1 [0002]
DE 1056369 A1 [0003]
DE 3700900 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Lenkung eines Fahrzeugs (10), wobei eine Unterstützungskraft (UK) abhängig von einem mittels eines Lenkrads des Fahrzeugs (10) aufgebrachten Handmoment (HM) bestimmt wird, wobei mittels der Unterstützungskraft (UK) die Lenkung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungskraft (UK) zudem abhängig von einem Lenkwinkel (LW) der Lenkung derart bestimmt wird, dass die Unterstützungskraft (UK) in einem Bereich bei einem Endanschlag der Lenkung verstärkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungskraft (UK) abhängig von dem Handmoment (HM) und abhängig von dem Lenkwinkel (LW) derart bestimmt wird, dass Schwankungen eines Handmoments, welches zum Durchlenken des vollständigen Winkelbereichs der Lenkung bei jedem Lenkwinkel erforderlich ist, unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegen, und dass der vorbestimmte Schwellenwert kleiner als 1 Nm ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrag eines Winkelabstands zwischen der Lenkwinkelposition des dem Lenkwinkel (LW) am nächsten liegenden Endanschlags und dem Lenkwinkel (LW) bestimmt wird, und dass die Unterstützungskraft (UK) umso größer bestimmt wird, je kleiner der Betrag ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von dem Handmoment (HM) eine Kraft (K) bestimmt wird, dass abhängig von dem Lenkwinkel (LW) ein Faktor (F) bestimmt wird, und dass die Unterstützungskraft (UK) durch das Produkt aus der Kraft (K) und dem Faktor (F) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor (F) abhängig von dem Lenkwinkel (LW) umso größer bestimmt wird, je näher der Lenkwinkel (LW) an einem Endanschlag liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) bei einer neutralen Lenkwinkelposition geradeaus gelenkt wird, dass die Unterstützungskraft (UK) bei einer vorbestimmten Lenkwinkelposition kleiner bestimmt wird, wenn erfasst wird, dass das Lenkrad in Richtung der neutralen Lenkwinkelposition gedreht wird, als wenn erfasst wird, dass das Lenkrad in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird.
Vorrichtung zur Steuerung einer Lenkung eines Fahrzeugs (10), wobei die Vorrichtung (20) eine Steuerung (5), einen Sensor (4) zum Erfassen eines mittels eines Lenkrads des Fahrzeugs (10) aufgebrachten Handmoments (HM) und einen Motor (7) zum Erzeugen einer Unterstützungskraft (UK) zum Betrieb der Lenkung umfasst, wobei die Steuerung (5) ausgestaltet ist, um die Unterstützungskraft (UK) abhängig von dem Handmoment (HM) einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) darüber hinaus einen Sensor (6) zum Erfassen eines Lenkwinkels (LW) umfasst, dass die Steuerung (5) ausgestaltet ist, um die Unterstützungskraft (UK) zudem abhängig von dem Lenkwinkel (LW) derart zu bestimmen, dass die Unterstützungskraft (UK) in einem Bereich bei einem Endanschlag der Lenkung verstärkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–6 ausgestaltet ist.
Fahrzeug mit einer Vorrichtung (20) nach Anspruch 7 oder 8.