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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Steuerung für eine Lenkkraftunterstützung in einem Fahrzeug, wobei die Lenkkraftunterstützung ab einem definierten Lenkeinschlag bis zum Erreichen eines maximalen Lenkwinkels reduziert wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuerung für eine Lenkkraftunterstützung in einem Fahrzeug.
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Der maximale Lenkbereich eines Fahrzeugs wird durch Anschläge begrenzt, an die das Lenkgestänge, beispielsweise die Zahnstange, bei Erreichen eines maximalen Lenkwinkels anstößt. An den Anschlägen sind üblicherweise Puffer vorgesehen, die die Lenkbewegung vor Erreichen des maximalen Lenkwinkels abbremsen, um ein zu hartes Anschlagen an den Anschlägen zu verhindern. Fährt das Lenkgestänge gegen den Puffer, wird dieser gestaucht und stellt eine der Lenkkraft entgegenwirkende Rückstellkraft bereit, die mit zunehmender Stauchung des Puffers zunimmt. Der maximale Lenkwinkel ist erreicht, wenn die Rückstellkraft und die vom Fahrer und/oder einer Lenkkraftunterstützung bereitgestellten Lenkkraft betragsmäßig gleich groß sind (jedenfalls bei Vernachlässigung von Massenträgheitskräften, die bei einem sehr schnellen Einfahren in den Anschlag eine Rolle spielen können). Durch den ansteigenden Widerstand erhält der Fahrer zudem eine Rückmeldung, dass der maximale Lenkwinkel erreicht ist.
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Zusätzlich sind häufig Steuerungen vorgesehen, die die Lenkkraftunterstützung vor Erreichen des maximalen Lenkwinkels reduzieren, sodass bereits vor Erreichen des Puffers beziehungsweise des maximalen Lenkwinkels nicht mehr die volle Lenkkraftunterstützung zur Verfügung steht. Der Fahrer erhält somit frühzeitig eine Rückmeldung, dass der maximale Lenkwinkel erreicht ist. Zudem erfolgt durch die geringere wirkende Lenkkraft ein weicherer Anschlag an den Puffern bzw. den Endanschlägen, wodurch die Belastungen für das Lenkgestänge reduziert werden können.
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Die einfachsten Steuerungen reduzieren die Lenkkraftunterstützung ab einem fest definierten Lenkeinschlag mit einem konstanten Verhältnis zum eingeschlagenen Lenkwinkel. Diese Steuerungen berücksichtigen aber nicht eine herstellungsbedingt variierende Härte bzw. einbaubedingte Lageungenauigkeiten des Puffers, sodass je nach Härte und Position des Puffers eine sehr große Variation des maximalen Lenkeinschlags erfolgt.
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Um dieses Problem zu lösen, sind Steuerungen bekannt, die den Lenkwinkel, ab dem eine Reduzierung der Lenkkraftunterstützung erfolgt, in Abhängigkeit von der Position bzw. die Härte des Puffers bestimmen. Dazu wird der maximale Lenkeinschlag bei einer definierten Lenkkraft bestimmt. Die Steuerung definiert anschließend den Lenkwinkel, ab dem eine Reduzierung der Lenkkraftunterstützung erfolgt, in einem vorgegebenen Winkelabstand zum gemessenen maximalen Lenkeinschlag. Mit solchen Steuerungen ist zwar eine genauere Einstellung des gewünschten maximalen Lenkwinkels möglich. Allerdings weisen auch diese Steuerungen noch sehr große Differenzen des maximalen Lenkwinkel auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Einstellung einer Steuerung für eine Lenkkraftunterstützung in einem Fahrzeug bereitzustellen, das eine genauere Anpassung der Reduzierung der Lenkkraftunterstützung an die Position und die Härte eines Puffers ermöglicht, um eine geringe Abweichen des tatsächlichen maximalen Lenkwinkels von einem gewünschten idealen Lenkwinkel zu erreichen. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine Steuerung für eine Lenkkraftunterstützung mit einem solchen Verfahren bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe ist bei einem Verfahren zur Einstellung einer Steuerung für eine Lenkkraftunterstützung in einem Fahrzeug, wobei die Lenkkraftunterstützung ab einem definierten Lenkeinschlag bis zum Erreichen eines maximalen Lenkwinkels reduziert wird, vorgesehen, dass die Lenkkraftunterstützung abhängig von der Härte und/oder der Position eines an einem Endanschlag angeordneten Puffers auf einen individuellen Wert reduziert wird. Die bisher bekannten Steuerungen messen zwar den maximalen Lenkeinschlag, um die Position beziehungswiese die Härte des Puffers zu bestimmen und den Startpunkt der Lenkkraftreduzierung auf diesen Wert abstimmen. Die Lenkkraftunterstützung wird aber stets auf den gleichen Wert reduziert, so dass durch die verbleibende, stets gleich große Lenkkraft beispielsweise ein weicher Puffer stärker komprimiert wird als ein harter Puffer, wodurch es zu Abweichungen im maximalen Lenkwinkel kommen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren reduziert die Lenkkraftunterstützung dagegen auf einen für die Härte und/oder die Position des Puffers individuellen Wert. Bei einem weichen Puffer wird die Lenkkraftunterstützung beispielsweise auf einen niedrigeren Wert reduziert, so dass eine deutlich geringere Lenkkraft bereitgestellt wird. Der weiche Puffer wird dadurch weniger stark komprimiert. Entsprechend wird bei einem harten Puffer die Lenkkraftunterstützung auf einen höheren Wert eingestellt, sodass auch bei diesem Puffer der zur Verfügung stehende "Bremsweg" vollständig ausgenutzt werden kann.
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Durch die Reduzierung auf einen individuellen Wert ist eine wesentlich genauere Anpassung der Lenkkraftunterstützung an die Einbaubedingungen des Puffers im Fahrzeug möglich, sodass nach Durchführung des Verfahrens eine wesentlich geringere Abweichung des maximalen Lenkeinschlages bzw. eine bessere Annäherung an den ideal gewünschten maximalen Lenkwinkel möglich ist. Der Wert, auf den die Lenkkraftunterstützung reduziert wird, kann beispielsweise so eingestellt werden, dass der Puffer unabhängig von der Härte jeweils gleich stark komprimiert wird oder dass der Anstieg der Lenkkraft jeweils die gleiche Charakteristik aufweist. Die Steuerung kann einmalig zu Beginn der Steuerung die Pufferhärte und/oder die Pufferposition durch eine Messung bestimmen. Dies kann aber auch ein iterativer Prozess sein, so dass durch eine Wiederholung des Verfahren eine möglichst genaue Annäherung an den gewünschten idealen Lenkwinkel möglich ist oder eine Überprüfung der Pufferhärte erfolgen kann.
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Vorzugsweise wird bei diesem Verfahren der tatsächlich mögliche maximale Lenkwinkel mit einem gewünschten idealen Lenkwinkel verglichen, um die Härte und die Position des Puffers zu bestimmen und/oder um den Wert der Reduzierung der Lenkkraftunterstützung zu bestimmen. Der gewünschte ideale Lenkwinkel dient als Referenz, wobei der Wert auf den die Lenkkraftunterstützung reduziert wird, so gewählt wird, dass der tatsächliche maximale Lenkwinkel möglichst nah an diesem idealen Lenkwinkel liegt.
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Der definierte Lenkeinschlag, ab dem die Lenkkraftunterstützung reduziert wird, kann beispielsweise unabhängig von der Härte und/oder der Position des Puffers sein. Das heißt, die Reduzierung der Lenkkraftunterstützung setzt stets ab dem gleichen, festen Lenkwinkel ein. In diesem Fall wird das Verhältnis zwischen der Reduzierung der Lenkkraftunterstützung und dem weiteren Lenkeinschlag so angepasst, dass die Lenkkraftunterstützung bei Erreichen des maximalen Lenkwinkels auf den gewünschten, individuellen Wert reduziert ist.
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Es ist aber auch denkbar, dass der Lenkeinschlag, ab dem die Lenkkraftunterstützung reduziert wird, in Abhängigkeit vom gemessenen maximalen Lenkwinkel, von der Härte und/oder der Position des Puffers abhängig ist. Der Startpunkt der Reduzierung der Lenkkraftunterstützung kann beispielsweise so gewählt werden, dass die Reduzierung stets mit annähernd dem gleichen Verhältnis zwischen Lenkkraftreduzierung und Lenkeinschlag erfolgt, aber aufgrund der unterschiedlichen Startpunkte auf den gewünschten individuellen, von der Position des Puffers abhängigen Wert reduziert wird.
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Die Lenkkraftunterstützung kann beispielsweise zumindest abschnittsweise linear mit dem Lenkwinkel reduziert werden, so dass mit zunehmendem Lenkwinkel eine konstante Reduzierung der Lenkkraftunterstützung erfolgt.
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Das Verhältnis der Reduzierung der Lenkkraftunterstützung zum Lenkwinkel kann aber auch so gewählt werden, dass beispielsweise eine progressive oder degressive Reduzierung der Lenkkraftunterstützung erfolgt. Die Reduzierung kann also im Verhältnis zum Lenkwinkel auch zumindest abschnittsweise auf einer Bahnkurve erfolgen.
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Unabhängig von der Art der Reduzierung der Lenkkraftunterstützung ist der definierte Lenkwinkel, ab dem die Lenkkraftunterstützung reduziert wird, vorzugsweise so gewählt, dass an diesem Lenkwinkel unabhängig von der Position des Puffers bzw. der Härte des Puffers noch kein Kontakt mit dem Puffer erfolgt, so dass an diesem Punkt noch kein Rückstellkraft durch den Puffer bereitgestellt wird.
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Erfindungsgemäß ist des Weiteren eine Steuerung für eine Lenkkraftunterstützung in einem Fahrzeug vorgesehen, wobei die Steuerung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren eingestellt wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale finden sich in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine Detailansicht eines Anschlages eines Lenkgestänges in einem Fahrzeug,
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2 eine Darstellung der Lenkkraft im Verhältnis zum eingeschlagenen Lenkwinkel im Bereich des Anschlages des Lenkgestänges aus 1, und
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3 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reduzierung der Lenkkraftunterstützung.
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In 1 ist ein Ausschnitt eines Lenkgestänges 10 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Das Lenkgestänge 10 hat eine Kolbenstange 12, die in einer fahrzeugfesten Führung 14 in einer Stellrichtung A verschiebbar gelagert ist. An der Führung 14 ist ein Endanschlag 18 vorgesehen, der den Verschiebeweg der Kolbenstange 12 begrenzt. An der Kolbenstange 12 ist dazu ein ringförmiger Gegenanschlag 16 vorgesehen.
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Die Kolbenstange 12 ist mit dem übrigen Lenkgestänge 10 gekoppelt und wird beim Lenken des Fahrzeugs in bzw. entgegen der Stellrichtung A in er Führung 14 bewegt. Die zum Bewegen der Kolbenstange benötigte Kraft wird vom Fahrzeuginsassen und einer zusätzlichen Lenkkraftunterstützung bereitgestellt. Bei einigen Lenkungen wird die Lenkkraft auch vollständig über entsprechende Systeme oder Motoren bereitgestellt.
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Am Endanschlag 18 ist ein Puffer 20 aus einem reversibel verformbaren Material, beispielsweise Kunststoff vorgesehen, gegen den der Gegenanschlag 16 geführt wird, so dass eine Bewegung der Kolbenstange 12 gegen den Endanschlag 18 unter Verformung des Puffers 20 abgebremst wird.
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Wird die Kolbenstange 12 in Stellrichtung A verschoben, gelangt der Gegenanschlag 16 mit dem Puffer 20 in Anlage und wird beim weiteren Verschieben der Kolbenstange 12 reversibel verformt. Durch die Komprimierung des Puffers 20 wird eine Rückstellkraft bereitgestellt, die gegen die Stellrichtung A bzw. die Lenkkraft F gerichtet ist. In 2 sind verschiedene Rückstellkräfte R1, R2, R3 im Verhältnis zum Lenkwinkel L dargestellt, der annähernd proportional zum Verschiebeweg der Kolbenstange 12 ist.
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Die Funktionsweise wird nachfolgend anhand der Kurve R1 erläutert. Mit zunehmendem Lenkwinkel L steigt die Rückstellkraft R1 an, bis diese betragsmäßig gleich groß ist wie die Lenkkraft F, also zwischen der Rückstellkraft R1 und der Lenkkraft F ein Kräftegleichgewicht hergestellt ist. Dieser Schnittpunkt P definiert bei konstanter Lenkkraft den maximalen Lenkwinkel S für die Lenkkraft F. Ein weiteres Einlenken wäre nur durch eine Erhöhung der Lenkkraft möglich.
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In 2 sind für einen Puffer 20 dessen Rückstellkraft R1 sowie für verschiedene Werte F´, F´´, F´´´ der Lenkkraftunterstützung die maximalen Lenkwinkel S´, S´´, S´´´ dargestellt. Die maximalen Lenkwinkel S´, S´´, S´´´ sind jeweils durch den Lenkeinschlag definiert, an dem die Werte F´, F´´, F´´´ der Lenkkraftunterstützung betragsmäßig gleich groß sind wie die Rückstellkraft R1,. Diese Punkte sind durch die Schnittpunkte P´, P´´, P´´´ gekennzeichnet.
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Um ein zu hartes Anschlagen des Gegenanschlags 16 am Puffer 20 zu verhindern, wird üblicherweise die Lenkkraft beziehungsweise die von der Servolenkung bereitgestellte Lenkkraftunterstützung vor Erreichen des maximalen Lenkeinschlages ab einem Lenkeinschlag S0 durch eine Steuerung reduziert. Ein solcher Verlauf der Lenkkraft ist in 2 durch die Kurve K´ dargestellt Der zugehörige Lenkeinschlag ist mit S1´ bezeichnet, der Wert der Lenkkraftunterstützung mit F1´, der Schnittpunkt mit P1´. Zusätzlich erhält der Fahrer durch den Anstieg des Widerstandes eine Rückmeldung, dass der maximale Lenkwinkel annähernd erreicht ist.
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Die Position des Puffers 20 variiert allerdings montagebedingt geringfügig. Darüber hinaus gibt es herstellungsbedingte Toleranzen bei der Härte der Puffer 20. Durch eine Veränderung der Position des Puffers verschiebt sich aber bei konstantem Startpunkt S0, der Lenkanschlag, ab dem der Gegenanschlag 16 am Puffer 20 anliegt und somit auch der Verlauf der Rückstellkraft R im Verhältnis zum Lenkwinkel S. Dies ist in 2 durch die Kurven R2 und R3 dargestellt.
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Dies hat zur Folge, dass sich auch die Schnittpunkte P2´ und P3´ verschieben, bei denen die Rückstellkraft R2 beziehungsweise R3 und die Lenkkraftunterstützung im Gleichgewicht sind und somit auch die maximalen Lenkeinschläge S2´ und S3´.
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Eine Veränderung der Härte hat zudem einen veränderten Anstieg der Rückstellkraft R zur Folge. Ein weicherer Puffer 20 hat beispielsweise einen flacheren Anstieg der Rückstellkraft zur Folge, wodurch ein Kräftegleichgewicht mit der Lenkkraft erst bei einem größeren Lenkwinkel erreicht wird, so dass dadurch ebenfalls eine Verschiebung der maximalen Lenkeinschläge erfolgen kann.
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Um diese Toleranzen auszugleichen, misst die erfindungsgemäße Steuerung zu Beginn des Verfahrens bei einer definierten Lenkkraft F den tatsächlichen maximalen Lenkwinkel S. Anschließend wird durch die Steuerung der gemessene tatsächliche maximale Lenkwinkel mit einem idealen maximalen Lenkwinkel verglichen und daraus der Wert F bestimmt, auf den die Lenkkraftunterstützung reduziert wird, sowie der Startpunkt S0 und das Verhältnis der Reduzierung zum Lenkeinschlag.
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In 3 ist dieses Verfahren für verschiedene Härten des Puffers 20 dargestellt. Die Kurve R1 bezeichnet den Verlauf der Rückstellkraft eines idealen, Puffers, der die gewünschte Härte und die ideale Einbauposition hat. Dementsprechend bezeichnet die Kurve K1 den idealen Verlauf der Lenkkraft über den Lenkwinkel, F1 den idealen gewünschten Wert der Lenkkraftunterstützung sowie S1 den idealen maximalen Lenkeinschlag.
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Ist ein weicher Puffer 20 verbaut (Kurve R2), wird die Lenkkraft F ausgehend vom gleichen Niveau wie bei einem idealen Puffer 20 ab dem gleichen Lenkwinkel S0 stärker reduziert, so dass das Kräftegleichgewicht im Schnittpunkt P2 bei einem wesentlich geringeren Wert F2 der Lenkkraftunterstützung erreicht ist (Kurve K2). Die verbleibende Lenkkraft ist dabei vorzugsweise so gewählt ist, dass der Lenkeinschlag S2 weitestgehend dem Ideallenkeinschlag S1 entspricht.
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Analog dazu wird bei einem harten Puffer (Kurve R3) die Lenkkraftunterstützung geringer reduziert (K3). Der Wert F3 ist also höher als der ideale Wert F1, so dass hier eine im Vergleich zum idealen Puffer 20 höhere Lenkkraft F3 anliegt, wodurch auch der harte Puffer 20 stärker komprimiert werden kann.
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Entscheidend für die Funktion dieses Verfahrens ist die Reduzierung der Lenkkraftunterstützung also der verbleibenden Lenkkraft auf einen abhängig von der Pufferhärte und/oder der Pufferposition individuellen Wert F. Die Lenkkraftunterstützung muss dazu nicht linear zum Lenkwinkel reduziert werden, wie dies in 3 dargestellt ist. Die Reduzierung der Lenkkraftunterstützung kann zumindest teilweise auch auf einer Bahnkurve erfolgen oder eine Mischung aus einer linearen Reduzierung und einer Bahnkurve sein, so dass beispielsweise eine progressive oder degressive Reduzierung der Lenkkraftunterstützung erfolgt.
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Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Lenkkraftunterstützung jeweils ab einem fest definierten Lenkwinkel S0 reduziert. Dieser Startpunkt der Lenkkraftunterstützung kann aber auch individuell auf den jeweiligen Puffer 20 abgestimmt werden. Idealerweise ist der Lenkwinkel S0 aber so gewählt, dass an dem noch kein Kontakt zwischen der Kolbenstange 12 und dem Anschlag 18 bzw. dem Puffer 20 vorhanden ist.
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Das Verfahren kann beispielsweise einmalig nach der Montage des Puffers 20 durchgeführt werden, um die Position und die Härte des Puffers 20 festzustellen. Das Verfahren kann aber auch wiederholt durchgeführt werden, um die Pufferhärte zu überprüfen oder eine genauere Anpassung an den idealen, gewünschten maximalen Lenkeinschlag zu erhalten.
