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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Computerprogramm zur Ausführung eines solchen Verfahrens, ein Steuergerät mit einem Rechengerät, auf dem ein solches Computerprogramm lauffähig ist, sowie ein Speichermedium zum Abspreichern eines solchen Computerprogramms.
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Lenksysteme, mit Lenkkraftunterstützung, bei denen mittels einer Antriebseinheit eine Unterstützungskraft in ein Lenkgetriebe des Lenksystems eingeleitet wird, sind bekannt. Für den Fahrzeugführer wird das Lenkgefühl über die Vorgabe eines Soll-Fahrermoments an einem Drehstab des Lenksystems realisiert.
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Aus der
DE 10 2009 000 638 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Soll-Lenkmoments für ein Lenkmittel einer Lenkvorrichtung in einem Fahrzeug bekannt.
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Ferner betrifft die
DE 103 51 485 A1 eine Fahrzeug-Hilfskraftlenkung, bei der eine elektronische Regelung beeinflusst wird, indem eine Sollgröße in Abhängigkeit von einem Unterstützungsmoment und einem Trägheitsmoment ermittelt wird. Dabei wird in Abhängigkeit von einem stabilen Zustand und einem instabilen Zustand eine dynamische Steuerung des Elektromotors der Hilfskraftlenkung mit einem ersten oder zweiten Faktor beaufschlagt.
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Zudem ist aus der
DE 10 2004 007 170 A1 ein gattungsbildenes Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems zu schaffen, das den Fahrer des Fahrzeugs zuverlässig dabei unterstützt, dessen Lenkwunsch umzusetzen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1, durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 6, durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch ein Speichermedium mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Aspekte finden sich in der folgenden Beschreibung, in den Zeichnungen, wobei diese sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Es wird neben einem ersten Zustand des Kraftfahrzeugs ein zweiter Zustand des Kraftfahrzeugs ermittelt, wobei in dem zweiten Zustand gegenüber einem ersten Steuersignal für eine Antriebseinheit der Lenkunterstützung ein zweites Steuersignal in Abhängigkeit von dem ersten Steuersignal für die Antriebseinheit ermittelt wird. In dem zweiten Zustand des Kraftfahrzeugs wird in Abhängigkeit von dem zweiten Steuersignal das Unterstützungsmoment mittels der Antriebseinheit in das Lenkgetriebe des Lenksystems eingeleitet. Durch die Ermittlung des zweiten Steuersignals in Abhängigkeit von dem ersten Steuersignal kann vorteilhaft das erste Steuersignal hinsichtlich der gewünschten Werte und hinsichtlich des Ermittlungsverfahrens verbessert werden.
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Insbesondere kann durch die Ausnahme bestimmter Fahrzeug- bzw. Regelzustände, nämlich dem zweiten Zustand, die Reglerperformanz zur Ermittlung des Steuersignals, insbesondere hinsichtlich der Störungsunterdrückung und der Regelabweichung, verbessert werden. Im Rahmen der Reglerperformanz wird insbesondere die Stabilität des gesamten Regelkreises durch die Erkennung des zweiten Zustands und die Ermittlung des zweiten Steuersignals wesentlich erhöht, da ein ungewolltes Einbringen eines fehlerhaften Unterstützungsmoments durch ein potentiell fehlerbehaftetes erstes Steuersignal unterdrückt wird. Das fehlerhafte Unterstützungsmoment ist zeichnet sich dadurch aus, dass aufgrund eines potentiell fehlerbehafteten ersten Steuersignals ein verwendeter Momentensteller, beispielsweise ein Elektromotor, derart angesteuert wird, dass sich eine Lenkbewegung ergibt, die nicht dem Wunsch des Fahrzeugführers entspricht.
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Durch die Unterscheidung des ersten Zustands von dem zweiten Zustand wird der Reglerentwurf für den ersten Zustand erleichtert und damit die Komplexität des Reglers reduziert, da das Systemverhalten in dem zweiten Zustand nicht abgebildet werden muss.
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Weitere Aspekte, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Aspekte für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von Ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von Ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung. Es werden für funktionsäquivalente Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Nachfolgend werden beispielhaft Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs;
- 2 einen schematisch dargestellten Teil eines Regelverfahrens;
- 3 einen schematisch dargestellten Teil eines Zustandsübergangsdiagramms; und
- 4 ein Nyquist-Diagramm.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenksystems 1 mit einer Lenkvorrichtung 2 und einem Steuergerät 3. In dem Steuergerät 3 ist ein Mikroprozessor 4 angeordnet, der über eine Datenleitung mit einem Speicherelement 5 verbunden ist. Das Speicherelement 5 umfasst Speicherbereiche 5a in denen ausführbare Computerprogramme und/oder Daten abgelegt sind.
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Über eine Signalleitung 6 ist das Steuergerät 3 mit einer Antriebseinheit, beispielsweise einem Elektromotor 7, verbunden, so dass eine Steuerung des Elektromotors 7 durch das Steuergerät 3 ermöglicht wird. Der Elektromotor 7 wirkt über ein Getriebe 8 auf einem Drehstab 9. An dem Drehstab 9 ist ein Lenkmittel 10, insbesondere ein Lenkrad, angeordnet. Die Lenkvorrichtung 2 umfasst ein Lenkgetriebe 11, das in der vorliegenden Ausführungsform als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 11 ist über ein Ritzel 12a und eine Zahnstange 12b auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 13, das jeweils mit einem Rad 14 zusammen wirkt, verbunden.
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Selbstverständlich kann der Elektromotor 7 und das Getriebe 8 anstelle an dem Drehstab 9 auch im Bereich der Zahnstange angeordnet sein. Die vorgestellten Verfahren sind in diesem Sinne selbstverständlich nicht auf die hier gezeigte Ausführungsform des Lenksystems 1 beschränkt, sondern können beispielsweise auch bei hydraulisch unterstützten Lenksystemen angewendet werden.
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Das Lenksystem 1 umfasst einen Drehmomentsensor 16 mittels dessen ein Ist-Fahrermoment 24 erfassbar ist. Der Drehmomentsensor 16 ist an dem Drehstab 9 angeordnet. Der Drehmomentsensor 16 ist über eine Datenleitung mit dem Steuergerät 3 verbunden. Selbstverständlich kann das Lenksystem weitere Sensoren, Aktuatoren und Signalleitungen aufweisen, um beispielsweise mittels eines weiteren Sensors einen Drehwinkel des Drehstabs 9 zu erfassen.
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2 zeigt schematisch einen Teil 20 eines Regelsystems in Form eines Blockdiagramms zur Durchführung eines Verfahrens durch das Steuergerät 3.
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Einem Regler 22 wird das Ist-Fahrermoment 24 und ein Soll-Fahrermoment 26 zugeführt, wobei in nicht dargestellter Form das Soll-Fahrermoment 26 von dem Steuergerät 3 ermittelt wird und das Ist-Fahrermoment 24 mittels des Drehmomentsensors 16 ermittelt wird. Der Regler 22 ermittelt ein erstes Steuersignal 28, wobei in einem ersten nachgehend erläuterten Zustand in Abhängigkeit von dem ersten Steuersignal 28 das Unterstützungsmoment mittels der Antriebseinheit 7 in die Lenkvorrichtung 2 eingebracht wird.
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Das Unterstützungsmoment dient zur Lenkkraftunterstützung, wobei das Unterstützungsmoment sowohl die vom Fahrzeugführer in das Lenkgetriebe eingebrachte Kraft unterstützen, d.h. verstärken, kann, als auch dem vom Fahrzeugführer eingebrachten Moment entgegenwirken kann. Darüber hinaus dient das Einbringen des Unterstützungsmoments auch der Darstellung von weiteren Lenkfunktionen wie beispielsweise Parkhilfsfunktionen, bei denen vom Fahrzeugführer keine Kraft in das Lenkgetriebe eingebracht wird.
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Eine Erkennungseinheit 30 ermittelt in Abhängigkeit von einem Eingangssignal 32 einen Parameter 34. In Abhängigkeit von dem Eingangssignal 32 unterscheidet die Erkennungseinheit 30 zwischen dem ersten Zustand und einem zweiten nachgehend erläuterten Zustand. In Abhängigkeit von dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand wird der Parameter 34 gebildet. Einer Verknüpfungseinheit 40 wird das erste Steuersignal 28 und der Parameter 34 zugeführt. Neben dem Parameter 34 können ausgehend von der Erkennungseinheit 30 selbstverständlich auch noch weitere Parameter der Verknüpfungseinheit 40 zugeführt werden.
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In dem zweiten Zustand des Kraftfahrzeugs erzeugt die Verknüpfungseinheit 40 in Abhängigkeit von dem ersten Steuersignal 28 und dem Parameter 34 ein zweites Steuersignal, das als ein Antriebssteuersignal 42 zur Vorgabe eines Soll-Motormoments für die Antriebseinheit 7 dient. In dem ersten Zustand des Kraftfahrzeugs, der der Verknüpfungseinheit 40 über den Parameter 34 angezeigt wird, leitet die Verknüpfungseinheit 40 das erste Steuersignal 28 im Wesentlichen weiter, d.h. das Antriebssteuersignal 42 entspricht im ersten Zustand im Wesentlichen dem ersten Steuersignal 28. Somit wird in dem ersten Zustand des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von dem ersten Steuersignal 28 das Unterstützungsmoment mittels der Antriebseinheit in die Lenkvorrichtung 2 eingeleitet.
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Ferner umfasst die Verknüpfungseinheit 40 ein digitales Filter n-ter Ordnung. Im zweiten Zustand wird das zweite Steuersignal mittels des digitalen Filters ermittelt.
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In einer Weiterbildung wird das zweite Steuersignal in dem zweiten Zustand mittels einer Tiefpass-Filterung des ersten Steuersignals 28 durch die Verknüpfungseinheit 40 ermittelt und als Antriebssteuersignal 42 ausgegeben. Insbesondere hat der hierfür vorgesehene Tiefpass-Filter die Eigenschaft, die Amplituden nicht nur höherer, sondern aller Frequenzen abzuschwächen, wobei die Amplituden höherer Frequenzen mehr reduziert werden als diejenigen der niedrigeren. Im Rahmen einer Amplitudenmodifikation wird der Ausgang des Tiefpass-Filters mit einer Konstante < 1 multipliziert.
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In einer anderen Weiterbildung wird das zweite Steuersignal in dem zweiten Zustand mittels eines Filters nullter Ordnung ermittelt, wobei das Filter einem Multiplikator für das erste Steuersignal 28 und den Parameter 34 entspricht. In dem ersten Zustand wird von der Erkennungseinheit 30 der Parameter zu einem Wert von 1 bestimmt, weshalb in dem ersten Zustand die Verknüpfungseinheit 40 das erste Steuersignal 28 im Wesentlichen weiterleitet und als Antriebssteuersignal 42 ausgibt. In dem zweiten Zustand wird der Parameter 34 auf einen Wert von kleiner 1, insbesondere einen Wert von kleiner 1 und größer 0, von der Erkennungseinheit 30 bestimmt. In dem zweiten Zustand wird mittels der Verknüpfungseinheit 40 das erste Steuersignal 28 mit dem Parameter 34 kleiner Eins multipliziert, wobei das zweite Steuersignal als Ergebnis als Antriebssteuersignal 42 ausgegeben wird.
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Dadurch, dass in dem zweiten Zustand das erste Steuersignal 28 durch die Verknüpfungseinheit 40 mittels des Parameters 34 in das zweite Steuersignal gewandelt wird, können beim Reglerentwurf Systemzustände, die dem zweiten Zustand entsprechen, ausgenommen werden, weshalb sich der Reglerentwurf für den Regler 22 vereinfacht und nur der erste Zustand in dem Regler 22 abgebildet werden muss.
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In einer Ausführungsform entspricht der Parameter 34 einem logischen Signal, wobei in Abhängigkeit von dem Zustand des Parameters 34 entweder das erste Steuersignal 28 oder das zweite Steuersignal als Antriebssteuersignal 42 weitergeleitet und damit der Antriebseinheit 7 zugeführt wird.
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Die angeführten Ausführungsformen des Parameters 34, insbesondere diejenige entsprechend einem logischen Signal, sind selbstverständlich miteinander kombinierbar, womit mehrere Parameter der Verknüpfungseinheit 40 zugeführt werden.
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3 zeigt schematisch ein Zustandsübergangsdiagramm 44 mit dem ersten, zuvor genannten Zustand 50 und dem zweiten, ebenfalls zuvor genannten Zustand 60. Der erste Zustand 50 entspricht einem Normalzustand des Fahrzeugs, beispielsweise in einer Fahrt auf trockenem oder nassem Asphalt, oder einem potentiell stabilen Zustand des Reglers, wobei das Lenkgefühl für den Fahrzeugführer in dem ersten Zustand 50 unter anderem mittels des Reglers 22 gestaltet wird und der Regler 22 für diesen ersten Zustand 50 optimiert ist. Davon abweichend sind in dem zweiten Zustand 60 Fahrzeugzustände und/oder Reglerzustände zusammengefasst, die beispielsweise einen potentiell instabilen Zustand des Regelverfahrens bzw. der zu Grunde liegenden Übertragungsfunktion erfassen.
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Die Erkennungseinheit 30 erkennt anhand des Eingangssignals 32 einen ersten Übergang 62 von ersten Zustand 50 in den zweiten Zustand 60. Die Erkennungseinheit 30 erkennt den Übergang zu dem zweiten Zustand 60, der auch als potentiell instabiler Zustand bezeichnet wird, indem beispielsweise die Anzahl der Nulldurchgänge einer geeigneten Messgröße innerhalb eines Zeitfensters gezählt werden oder aber beispielsweise indem der Betrag der Beschleunigung bzw. ersten Ableitung einer geeigneten Messgröße einen Schwellwert überschreitet. Entsprechend erkennt die Erkennungseinheit 30 einen zweiten Übergang 64 von dem zweiten Zustand 60 in den ersten Zustand 50. Neben dem Eingangssignal 32 können der Erkennungseinheit 30 selbstverständlich auch weitere Eingangssignale zugeführt werden.
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Bei der geeigneten Messgröße handelt es sich beispielsweise um die Fahrzeuggeschwindigkeit. Überschreitet die Fahrzeuggeschwindigkeit einen bestimmten Schwellwert, so wird in den ersten Zustand 60 gewechselt, da bei höherer Geschwindigkeit die Instabilitätsneidung sinkt. Die geeignete Messgröße kann beispielsweise aber auch die Gierrate des Fahrzeugs oder das durchschnittliche, am Lenkrad gemessene Handmoment sein. Selbstverständlich können auch mehrere unterschiedliche geeignete Messgrößen zur Erkennung der Übergänge zwischen den Zuständen 50 und 60 dienen.
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Im Rahmen des ersten Übergangs 62 und des zweiten Übergangs 64 kann ein Ein-/Ausrampen des ersten Steuersignals 28 und des zweiten Steuersignals mittels der Erkennungseinheit 30 und der Verknüpfungseinheit 40 durchgeführt werden, um Sprünge in dem Antriebssteuersignal 42 zu vermeiden. Bei dem Ein-/Ausrampen des ersten Steuersignals 28 hin zu dem zweiten Steuersignal wird beispielsweise ausgehend von dem ersten Steuersignal 28 zeitlich linear in das zweite Steuersignal übergeblendet, wobei das resultierende Signal als das Antriebssteuersignal 42 ausgegeben wird.
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4 zeigt ein beispielhaftes Nyquist-Diagramm 70. Die erste Ortskurve 72 bezieht sich auf eine Übertragungsfunktion, bei der das erste Steuersignal 28 im Wesentlichen als Antriebssteuersignal 42 verwendet wird. Die entsprechende Übertragungsfunktion weist gemäß der ersten Ortskurve72 einen Punkt 74 auf, der eine Instabilität der Übertragungsfunktion bedeutet und zu einem ungewollt eingebrachten Unterstützungsmoment führen kann, und bei dem es sich um einen komplexen Übertragungskoeffizienten für eine gewisse Frequenz handelt.
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Die Ortskurven 72 und 76 stellen die Übertragungsfunktion einer offenen Regelschleife dar, wobei eine Übertragungsfunktion einer Regelstrecke mit einer Übertragungsfunktion des Reglers 22 verknüpft wird. Bei der Übertragungsfunktion der Regelstrecke handelt es sich beispielsweise um eine Übertragungsfunktion der Lenkung, d.h. einer Übertragungsfunktion vom Unterstützungsmoment bzw. vom ersten Steuersignal 28 zum Ist-Fahrermoment 24. Bei der Übertragungsfunktion des Reglers 22 handelt es sich beispielsweise um eine Übertragungsfunktion vom Ist-Fahrermoment 24 zum Unterstützungsmoment bzw. zum ersten Steuersignal 28.
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Wird durch die Erkennungseinheit 30 der zweite Zustand 60, also ein potentiell instabiler Zustand ermittelt, so sorgt die Verknüpfungseinheit 40 in Abhängigkeit von dem Parameter 34 dafür, dass sich die erste Ortskurve 72 verändert. Beispielhaft ist eine zweite Ortskurve 76 dargestellt, wobei eine Ausführungsform des Teils 20 des Regelsystems verwendet wurde, bei der das erste Steuersignal 28 mit dem Parameter 34 mit einem Wert von 0,5 multipliziert wird und als zweites Steuersignal ausgegeben wird. Damit wird das Auftreten von Instabilitäten in der Übertragungsfunktion, insbesondere das Auftreten der Polstelle 74 verhindert, womit eine fehlerhafte Ansteuerung der Antriebseinheit, insbesondere des Elektromotors 7, verhindert wird, womit die Wahrscheinlichkeit des Einbringens eines ungewollten Unterstützungsmoments verringert wird.
