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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lenken eines Kraftfahrzeugs, wobei ein dynamisches Lenkradmoment, das das Lenkrad beschleunigt, auf der Grundlage eines erfassten Lenkwinkels eines Lenkrads des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und ein Drehstabmoment eines Drehstabes des Kraftfahrzeugs erfasst wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Lenken eines Kraftfahrzeugs mit einem Lenkrad zum Betätigen der Vorrichtung mittels einer Lenkradbetätigung, einem Drehstab zum Übertragen der Lenkradbetätigung auf gelenkte Räder des Kraftfahrzeugs, einer Lenkwinkelerfassungseinheit zum Erfassen eines Lenkwinkels des Lenkrades, einer Drehstabmomenterfassungseinheit zum Erfassen eines Drehstabmomentes des Drehstabes, und einer Rücklaufbestimmungseinheit zum Ermitteln eines Lenkradrücklaufes.
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Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Lenken des Kraftfahrzeugs.
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Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuglenktechnik ist es allgemein bekannt, dass eingeschlagene Räder eine Rückstellkraft auf die Lenkung im Allgemeinen ausüben und dadurch ein Zurücklenken in eine Nullstellung oder in den seitenkraftfreien Zustand der gelenkten Räder möglich ist. Dieses Zurücklenken kann erfolgen durch ein Freigeben des Lenkrades durch den Fahrer, so dass die Lenkbewegung in den seitenkraftfreien Zustand ausschließlich durch die Rückstellkraft der gelenkten Räder erfolgt.
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Ein derartiges Zurücklenken durch einen sogenannten freien Rücklauf des Lenkrades, bei dem der Fahrer das Lenkrad freigibt, kann jedoch zu unkontrollierten Fahrsituationen, sogenannten Gierschwingungen, des Kraftfahrzeugs führen, sofern die Rückstellbewegung des Lenkrades über die Nullstellung hinaus bewegt wird. Um derartige Gierschwingungen zu vermeiden, wird das Lenkrad bzw. wird die Lenkradbewegung üblicherweise dauerhaft gedämpft, um ein Überschwingen des Lenkrades im freien Rücklauf zu minimieren. Nachteilig dabei ist es, dass diese permanente Dämpfung eine hohe Lenkkraft erfordert, so dass das Lenken im Allgemeinen als unkomfortabel empfunden wird.
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Um eine derartige Gierschwingung zu vermeiden und gleichzeitig die Dämpfung des Lenkrades situationsbedingt einzustellen, muss der freie Rücklauf des Lenkrades zuverlässig erfasst werden. Zur Erfassung des freien Rücklaufes wird beispielsweise in der
DE 10 2009 009 032 A1 vorgeschlagen, den Verlauf des Lenkwinkels des Lenkrades, das Lenkmoment und die Lenkwinkelbeschleunigung zu erfassen und zu analysieren. Nachteilig dabei ist es, dass der freie Rücklauf aufgrund von üblichen Bewegungen des Lenkrades bestimmt wird und daher der freie Rücklauf des Lenkrades erst nach einem Nulldurchgang aller Signale erkannt werden kann.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lenken eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, wobei ein Lenkungsrücklauf schneller erkannt werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass das Lenkradmoment und das Drehstabmoment verglichen werden, um einen freien Rücklauf des Lenkrades zu erfassen.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Rücklaufbestimmungseinheit dazu ausgebildet ist, ein Lenkradmoment auf der Grundlage des Lenkwinkels zu bestimmen und einen freien Rücklauf des Lenkrades auf der Grundlage des so bestimmten Lenkradmomentes und des Drehstabmomentes zu ermitteln.
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Diese Aufgabe wird schließlich bei dem eingangs genannten Kraftfahrzeug gelöst durch eine Vorrichtung zum Lenken des Kraftfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Dadurch, dass das Lenkradmoment auf der Grundlage des Lenkwinkels bestimmt wird und mit dem Drehstabmoment verglichen wird, kann mit technisch geringem Aufwand ein dynamisches Handmoment ermittelt werden, das von dem Fahrer auf das Lenkrad ausgeübt wird, so dass für jede Fahrsituation ein freier Rücklauf des Lenkrades zuverlässig ermittelt werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Lenkradrücklaufdämpfung eingestellt, sofern der freie Rücklauf des Lenkrads erfasst wird. In diesem Fall wird das Lenkrad ausschließlich durch das Drehstabmoment beschleunigt, wobei der Fahrer keinen Momentenbeitrag liefert.
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Dadurch kann mit einer hohen Zuverlässigkeit eine Gierschwingung des Kraftfahrzeugs verhindert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Lenkradrücklaufdämpfung auf eine Grunddämpfung des Lenkrades addiert, sofern der freie Rücklauf des Lenkrads erfasst wird.
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Dadurch kann ein komfortables Lenkgefühl erzielt werden, da die Grunddämpfung des Lenkrades im Allgemeinen reduziert werden kann.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Lenkradmoment auf der Grundlage einer Winkelbeschleunigung und einer Lenkradträgheit ermittelt wird.
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Dadurch kann das Lenkradmoment zuverlässig mit technisch geringem Aufwand bestimmt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der freie Rücklauf erfasst wird, sofern eine Differenz zwischen dem Lenkradmoment und dem Drehstabmoment einen vordefinierten Schwellenwert unterschreitet.
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Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand ein freier Rücklauf von einem geführten Rücklauf des Lenkrades unterschieden werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Drehstabmoment mittels eines Tiefpassfilters gefiltert wird.
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Dadurch können Störsignale des Drehstabmomentes herausgefiltert werden und gleichzeitig der technische Aufwand zur Auswertung des Drehstabmomentes reduziert werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Drehstabmoment mittels eines Zeitgliedes verzögert wird.
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Dadurch kann das Signal des Drehstabmomentes zeitlich an das ermittelte Lenkradmoment angepasst werden, das durch die kontinuierliche Bestimmung, insbesondere durch die Differenzierung des Lenkwinkels verzögert ist.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit mittels eines Tiefpassfilters gefiltert wird.
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Dadurch kann das entsprechende Lenkradwinkelgeschwindigkeitssignal geglättet werden und eine weitere Auswertung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit vereinfacht werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Schwellenwert für die Differenz zwischen dem Lenkradmoment und dem Drehstabmoment in Abhängigkeit einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit des Lenkrades und in Abhängigkeit des Drehstabmomentes eingestellt wird.
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Dadurch kann der freie Rücklauf mit einer erhöhten Zuverlässigkeit situationsabhängig erkannt werden und eine fehlerhafte Erkennung vermieden werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn ein Ende des freien Rücklaufes des Lenkrads erfasst wird, sofern eine Differenz zwischen dem Lenkradmoment und dem Drehstabmoment einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet.
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Dadurch kann zuverlässig mit technisch geringem Aufwand die entsprechende Lenkradrücklaufdämpfung deaktiviert werden, so dass eine komfortable Lenkung bereitgestellt werden kann.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die Lenkradgeschwindigkeit und die Differenz mittels eines Zeitgliedes zeitverzögert werden.
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Dadurch kann eine vorzeitige Deaktivierung der Lenkradrücklaufdämpfung zuverlässig vermieden werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Zeitverzögerung in Abhängigkeit einer Amplitude und/oder einer Frequenz des Drehstabmomentes eingestellt wird.
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Dadurch kann die Abschaltung der Lenkradrücklaufdämpfung an Signalschwankungen des Drehstabmomentes angepasst werden, wodurch die Abschaltung situationsbedingt sensibilisiert und die Zuverlässigkeit der Abschaltung weiter erhöht werden kann.
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Im Allgemeinen kann somit durch die vorliegende Erfindung mit technisch geringem Aufwand der freie Rücklauf zuverlässig berechnet werden, da das Handmoment des Fahrers durch den Vergleich zwischen Lenkradmoment und Drehstabmoment situationsunabhängig zuverlässig gemessen werden kann. Dadurch kann situationsbedingt die Lenkradrücklaufdämpfung aktiviert werden und gleichzeitig die allgemeine Dämpfung der Lenkbewegung reduziert werden, so dass die Lenkung im Allgemeinen komfortabler wird.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs;
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2 ein schematisches Ablaufdiagramm der Bestimmung der Lenkradrücklaufdämpfung;
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3 ein detailliertes Ablaufdiagramm der Erfassung eines freien Lenkradrücklaufs; und
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4 ein schematisches Zeitdiagramm zur Erläuterung der erfassten und bestimmten Größen zur Bestimmung des freien Lenkradrücklaufs.
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In 1 ist eine Lenkvorrichtung schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Lenkvorrichtung 10 weist ein Lenkrad 12 auf, das mit einer Lenkeinheit 14 verbunden ist und ein Lenkradmoment ML auf die Lenkeinheit 14 überträgt. Die Lenkeinheit 14 weist einen Lenkstab 16 bzw. Drehstab 16 auf, der über ein Ritzel mit einer Lenkstange 18 oder Zahnstange 18 verbunden ist, die gelenkte Räder 20R und 20L entsprechend einer Lenkradbetätigung ausrichtet bzw. lenkt. Der Drehstab 16 überträgt ein Drehstabmoment MD von der Lenkeinheit 14 auf die Lenkstange 18 oder umgekehrt. Der Drehstab 16 ist ein drehelastischer Stab an dem über seine Torsion das Drehstabmoment MD erfasst werden kann. Dem Lenkrad 12 ist eine Lenkwinkelerfassungseinheit 22 zugeordnet, um einen Lenkwinkel φ des Lenkrades 12 zu erfassen. Die Lenkeinheit 14 weist eine Drehstabmomenterfassungseinheit 24 auf, um das Drehstabmoment MD über seine Torsion zu erfassen. Die Drehstabmomenterfassungseinheit 24 weist zur Erfassung der Torsion bzw. eines Verdrehwinkels vorzugsweise Hallsensoren auf. Die Lenkeinheit 14 weist ferner eine Dämpfungseinheit 26 auf, die dazu ausgebildet ist, die Bewegung des Lenkrades 12 situationsabhängig zu dämpfen.
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Erfindungsgemäß wird ein freier Rücklauf des Lenkrades 12 ermittelt durch eine Differenz zwischen dem Drehstabmoment MD und dem Lenkradmoment ML, wobei ein freier Rücklauf erkannt wird, sofern die Differenz zwischen dem Drehstabmoment MD und dem Lenkradmoment ML einen vordefinierten Wert unterschreitet. Das Lenkradmoment ML wird dabei ermittelt durch eine Lenkradbeschleunigung, die durch zweifaches Ableiten des Lenkwinkels φ ermittelt wird, die mit einer Torsionsträgheit JL des Lenkrades 12 multipliziert wird. Bei dem freien Rücklauf wird das Lenkrad 12 ausschließlich durch das Drehstabmoment MD beschleunigt, wobei der Fahrer keinen Momentenbeitrag zur Lenkbewegung beiträgt. Drehstabmoment MD und Lenkradmoment ML sind in dieser Situation gleich bzw. ihre Differenz nahe Null. Sofern die Differenz zwischen dem Drehstabmoment MD und dem Lenkradmoment ML = 0 oder sehr gering ist, wird darauf geschlossen, dass der Fahrer keinen Momentenbeitrag des Lenkradmomentes ML liefert und somit ein freier Lenkungsrücklauf vorliegt. In dieser Situation wird das Lenkrad 12 mittels der Dämpfungseinheit 26 gesondert gedämpft, so dass bei dem freien Rücklauf eine Gierreaktion des Kraftfahrzeugs verhindert werden kann.
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In 2 ist ein Blockdiagramm der Bestimmung der Lenkraddämpfung bei freiem Rücklauf schematisch dargestellt. Als Eingangsgröße zur Ermittlung des freien Rücklaufes dienen das Drehstabmoment MD und der Lenkwinkel φ. Zur Erkennung des freien Rücklaufes wird aus dem Lenkwinkel φ durch zweifache Ableitung die Lenkwinkelbeschleunigung des Lenkrades 12 ermittelt und über die Torsionsträgheit JL des Lenkrades 12 das Lenkradmoment ML bestimmt. Durch Subtraktion des Drehstabmomentes MD und des Lenkradmomentes ML kann auf den Momentenbeitrag des Fahrers (Handmoment) geschlossen werden und entsprechend ein Indikatorsignal I bereitgestellt werden, das den freien Rücklauf vorzugsweise als Signal zwischen 0 und 1 anzeigt. Das Indikatorsignal I hat vorzugsweise einen langsamen Anstieg. Die Erkennung des freien Rücklaufs ist in 2 allgemein mit 30 bezeichnet. Die Dämpfungseinheit 26 stellt im Allgemeinen eine Dämpfung für den freien Rücklauf 32 und eine Grunddämpfung 34 des Lenkrades 12 in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit V und einer Lenkwinkelgeschwindigkeit ω bereit. Die Dämpfung für den freien Rücklauf 32 wird mit dem Indikatorsignal I multipliziert, wie es bei 36 gezeigt ist und entsprechend aktiviert, sofern ein freier Rücklauf erkannt wird und deaktiviert, sofern ein freier Rücklauf nicht erkannt wird. Die Dämpfung für den freien Rücklauf 32 und die Grunddämpfung 34 werden bei 38 addiert, um eine allgemeine Dämpfung D des Lenkrads 12 einzustellen. Die Dämpfung D kann somit im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs auf einen geringen Wert entsprechend der Grunddämpfung 34 eingestellt werden und bei einem freien Rücklauf um die Rücklaufdämpfung 32 erhöht werden. Somit kann mit technisch geringem Aufwand und zuverlässig eine individuelle Dämpfung D des Lenkrades 12 situationsabhängig eingestellt werden.
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In 3 ist ein detailliertes Blockdiagramm zur Erfassung des freien Rücklaufs des Lenkrads 12 und zur Bereitstellung des Indikatorsignals I dargestellt und allgemein mit 40 bezeichnet. Als Eingangsgröße dient der Lenkwinkel φ, aus dem die Lenkwinkelgeschwindigkeit ω durch Ableitung 42 ermittelt wird. Aus der Lenkwinkelgeschwindigkeit ω wird durch weitere Ableitung 44 die Lenkwinkelbeschleunigung a bestimmt. Durch Multiplikation der Lenkwinkelbeschleunigung a mit der Torsionsträgheit JL des Lenkrads 12 wird bei 46 das Lenkradmoment ML bestimmt. Das von der Drehstabmomenterfassungseinheit 24 erfasste Drehstabmoment MD wird mittels eines Tiefpasses 48 gefiltert. Das gefilterte Drehstabmoment MD wird von dem Lenkradmoment ML abgezogen, wie es bei 50 gezeigt ist, um ein dynamisches Handmoment MH zu ermitteln, das von dem Fahrer auf das Lenkrad 12 ausgeübt wird.
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Die Lenkwinkelgeschwindigkeit ω wird bei 52 tiefpassgefiltert, um durch die nachfolgende Einschalt- bzw. Ausschaltbedingungen mit geringem Aufwand verarbeitet zu werden.
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Aus den so gewonnenen Signalen wird im Folgenden eine Einschaltbedingung ermittelt bzw. der freie Rücklauf des Lenkrads 12 erkannt, wie es allgemein bei 54 gezeigt ist und eine Ausschaltbedingung bzw. das nicht Vorliegen des freien Rücklaufes ermittelt wird, wie es allgemein bei 56 gezeigt ist. Zur Ermittlung des freien Rücklaufes wird bei 58 mittels eines Schwellenwertes ermittelt, ob eine hohe Lenkradgeschwindigkeit ω vorliegt. Es wird ferner bei 60 ermittelt, ob das Handmoment bzw. die Drehmomentdifferenz zwischen Lenkradmoment ML und Drehstabmoment MD einen Schwellenwert unterschreitet, also eine geringe Momentendifferenz vorliegt und es wird ferner bei 62 ermittelt mittels eines Schwellenwertes, ob ein großes Drehstabmoment MD vorliegt. Mittels eines AND-Operators wird einer Entscheidungseinheit 66 ein Signal zugeleitet, das anzeigt, ob ein freier Rücklauf erkannt wurde.
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Bei 56 wird im Allgemeinen ermittelt, ob der freie Rücklauf beendet wurde und entsprechend die Rücklaufdämpfung beendet werden muss. Dafür wird bei 68 ermittelt, ob die Lenkwinkelgeschwindigkeit ω einen Schwellenwert unterschreitet und bei 70, ob das Handmoment MH bzw. die Differenz zwischen dem Lenkradmoment ML und dem Drehstabmoment MD einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet. Mittels zweier Zeitglieder 72, 74 werden die Signale der Operatoren 68, 70 zeitverzögert und an einen OR-Operator 76 weitergeleitet. Sofern bei 76 erfasst wird, ob entweder eine kleine Lenkwinkelgeschwindigkeit ω vorliegt oder eine hohe Differenz zwischen dem Lenkradmoment ML und dem Drehstabmoment MD wird ein Rücksetzsignal R an die Entscheidungseinheit 66 weitergeleitet, die den Zustand des erfassten freien Rücklaufes zurücksetzt. Der Zeitoperator 74 wird üblicherweise durch einen Schwingungsindikator S eingestellt, um auf entsprechend hohe Schwankungen des Drehstabmomentes MD eingestellt zu werden und dadurch situationsabhängig zuverlässig zu arbeiten.
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Die Entscheidungseinheit 66 ist mit einem Zeitglied 78 verbunden, das eine Zeitverzögerung einstellt und ferner mit einem Steigungsbegrenzer 80 verbunden, um ein Anstieg bzw. ein Abfallen des bereitgestellten Signals zu begrenzen.
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Im Ergebnis wird das Indikatorsignal I bereitgestellt, das zuverlässig anzeigt, ob ein freier Rücklauf des Lenkrades 12 vorliegt oder nicht.
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In 4 ist der zeitliche Verlauf des Lenkwinkels φ, der Gierrate G des Kraftfahrzeugs, des erfassten Drehstabmoments MD und des geschätzten Lenkradmoments ML sowie des Indikatorsignals I dargestellt.
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Zunächst wird das Lenkrad 12 bei einem Zeitpunkt t0 (ruckartig) in eine negative Richtung gelenkt, wie es in 4a angedeutet ist. Bei einem Zeitpunkt t1 wird der Lenkvorgang abgebrochen und das Lenkrad 12 läuft frei zurück. In 4a ist der gedämpfte Rücklauf gestrichelt dargestellt. In 4b ist die Gierrate G bei der Lenkbewegung aus 1 dargestellt für den ungedämpften (durchgezogene Linie) und den gedämpften Rücklauf (gestrichelte Linie). Wie in 4c dargestellt ist, nähern sich das Drehstabmoment MD (gestrichelte Linie) und das Lenkradmoment ML (durchgezogene Linie) aneinander an, so dass bei t1 zuverlässig der freie Rücklauf erkannt werden kann. Dies ist in 4d schematisch durch ein gestricheltes schnelles Indikatorsignal angedeutet, welches den frühesten Erkennungszeitpunkt darstellt. Dabei entspricht das durchgezogene Indikatorsignal I das mittels der Operatoren 78 und 80 modifizierte Indikatorsignal.
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Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren der freie Rücklauf zuverlässig erkannt werden und entsprechend das Lenkrad 12 situationsbedingt gedämpft werden, um Schwingungen in der Gierrate G zu reduzieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009009032 A1 [0006]
