DE102013220947B4 - Verfahren sowie Lenksystem zur Unterstützung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Unterstützung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs (1), welches ein Lenksystem mit einer aktiven Lenkunterstützung (2) umfasst, bei welchem auf Basis eines am Lenkrad aufgebrachten Lenkmoments (3) ein erforderliches Unterstützungsmoment (4) über eine das Lenkmoment (3) verstärkende Unterstützungsfunktion (5) berechnet wird, wobei die Lenkunterstützung (2) durch ein Steuerungsmoment (8) angesteuert wird, welches sich aus einer Überlagerung des Unterstützungsmoments (4) mit einem zur Kompensation eines aktuell vorhandenen Abdriftens und/oder eines Lenkzuges dienenden Korrekturmoment (12) zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturmoment (12) auf Basis des Unterstützungsmoments (4) berechnet wird, wobei das Unterstützungsmoment (4) aufgrund einer in der Unterstützungsfunktion (5) enthaltenen Progression zuvor progressiv errechnet wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Lenksystem zur Unterstützung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
• Unterstützungs- sowie Assistenzsysteme für die Lenkvorrichtungen von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, sind hinreichend bekannt. Diese reichen von mittlerweile nahezu vollständig etablierten Servolenkungen bis hin zu selbsttätig agierenden Lenksystemen, beispielsweise in Einparksituationen. Überdies greifen derartige Systeme vermehrt auch während der Fahrt aktiv in den Lenkvorgang ein, um den Fahrkomfort und die Sicherheit für die Insassen zu erhöhen.
• Servolenkungen unterscheiden sich in der Form ihres Antriebes. Hydraulisch (HPS = "Hydraulic Power Steering") und elektrohydraulisch (EHPS = "Electro-Hydraulic Power Steering") unterstützte Lenkungen verstärken hierbei in der Regel das vom Fahrer aufgebrachte Lenkradhandmoment, um eine komfortablere Lenkfunktion zu ermöglichen. Darüber hinaus können elektromechanisch unterstützte Lenksysteme (EPAS = "Electro Power Assisted Steering") aktiv Lenkmomente aufbringen, um Assistenzfunktionen auszuüben und den Fahrer bei seiner Fahrzeugführung zu unterstützen. Die nachfolgend beschriebene Erfindung ist auf solche Lenksysteme gerichtet, welche eigenständig aus Regelsystemen Lenkungskräfte aufbringen können.
• Im Stand der Technik ist bekannt, besagte Assistenzsysteme bereits dazu einzusetzen, um der das Fahrzeug lenkenden Person die Beibehaltung des Geradeauslaufs des Fahrzeugs zu erleichtern. Derartige Systeme entlasten und unterstützen den Fahrer in Bezug auf den aufzuwendenden Kraftaufwand sowie bei der Kontrolle eines so ausgestatteten Fahrzeugs während der Fahrt. Insbesondere wechselnde äußere Einflüsse stellen nach wie vor hohe Anforderungen an derartige Systeme, um ein durchgehend angepasstes und sich ergänzendes Zusammenspiel von Aktionen sowie Reaktionen seitens des Fahrers und besagter Hilfssysteme zu ermöglichen.
• So können insbesondere bei Fahrzeugen mit einem EPAS-System bereits bei normaler Geradeausfahrt anspruchsvolle Situationen für die das Fahrzeug lenkende Person entstehen, sofern keine zusätzliche automatische Korrektur der Zugwirkung sowie der Kompensation des Abdriftens (PDC = „Pull Drift Compensation“) vorgenommen wird.
• Unter der Zugwirkung (Lenkzug) wird hierbei ein spürbarer Halteaufwand am Lenkrad verstanden, um die Geradeausfahrt zu ermöglichen. Abdriften meint die Bereitschaft des Fahrzeugs, bei freihändiger Fahrt von der geraden Fahrtrichtung abzukommen. So ist die lenkende Person insbesondere auf seitlich abfallenden, bauchigen Straßen sowie bei einer generell starken Straßenneigung gezwungen, ein konstantes Drehmoment über das Lenkrad in Form von Gegenlenken aufzuwenden. Um den hierfür erforderlichen Aufwand zu reduzieren, wurden entsprechende PDC-Systeme als Eigenschaft in modernen EPAS-Systemen eingebunden.
• Grundsätzlich ist bei den seitens der lenkenden Person oder des jeweiligen Systems aufzubringenden Drehmomenten zwischen langfristigen und kurzfristigen Korrekturen zu unterscheiden. Langfristige Korrekturen beziehen sich auf unvermeidbare, dem Fahrzeug immanente Auswirkungen einer fehlerhaften beziehungsweise fehlerhaft gewordenen Fahrzeugabstimmung. Diese können beispielsweise aus unterschiedlichen Reifenluftdrücken oder einer Verstellung der Lenkgeometrie resultieren. Kurzfristige Korrekturen sind zumeist durch äußere Einflüsse bedingt, wie beispielsweise durch plötzlich auftretenden Seitenwind oder eine Straßenwölbung oder Straßenneigung. Diese Einflüsse können sich derart auf die Fahrdynamik auswirken, dass es zum Abdrift des Fahrzeugs kommt.
• Die DE 10 2006 057 084 A1 zeigt ein Verfahren sowie ein Lenksystem mit einer aktiven Lenkunterstützung zur Unterstützung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs. Dabei ist vorgesehen, dass das am Lenkrad aufgebrachte Handmoment abzüglich eines Kompensationswerts über einen Zeitraum integriert wird, wobei der Integrationswert als der Kompensationswert mit dem aktuellen Handmoment verrechnet wird.
• Auch der DE 10 2009 028 181 A1 ist ein Verfahren sowie ein Lenksystem mit einer aktiven Lenkunterstützung zur Unterstützung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs zu entnehmen. Hierbei werden zwei Teilverfahren angewendet, von denen ein erstes Teilverfahren während der Geradeausfahrt feststellt, ob Lenkzug oder Abdriften des Fahrzeugs vorliegt. Das zweite Teilverfahren dient der Berechnung eines Überlagerungsbetrages, welcher durch die Stelleinheit des Aktivlenksystems zur Verfügung gestellt werden soll.
• Mit der DE 10 2006 022 663 B4 ist ein Verfahren zur Verbesserung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs bekannt geworden, welches ein Lenksystem mit aktiver Lenkunterstützung besitzt. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein elektromechanisches (EPAS) handeln. Das Verfahren beinhaltet die Erfassung von Daten zur Fahrdynamik sowie die Identifikation eines Zustandes des Geradeauslaufs aus den erfassten Daten. Hierbei fällt wenigstens ein Wert der erfassten Daten oder ein aus den Daten abgeleiteter Wert für einen vorgegebenen Zeitraum oder eine vorgegebene Strecke unter oder über einen vorgegebenen Schwellenwert. Weiterhin erfolgt die Messung wenigstens eines an dem Lenksystem anliegenden Ist-Drehmoments bei Geradeauslauf und die Berechnung eines Kompensationsdrehmoments aus dem zuvor gemessenen Ist-Drehmoment. Letztlich erfolgt dann die Ansteuerung der aktiven Lenkunterstützung mit dem berechneten Kompensationsdrehmoment, um eine Gegenkompensation des am Lenksystem anliegenden, gemessenen Drehmoments zu erhalten. Bei der Berechnung des erforderlichen Kompensationsdrehmoments werden ferner Reibungskräfte und/oder Rückstellkräfte berücksichtigt. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass von dem im Geradeauslauf gemessenen Drehmomentbetrag der Reibungsdrehmomentbetrag subtrahiert wird und das Rückstelldrehmoment addiert wird.
• Aus der US 6,965,820 B2 geht eine Steuervorrichtung für ein Fahrzeugsystem hervor. Diese umfasst eine Lenkunterstützung und einen Kompensator mit einem Filter für den Zug am Lenkrad. Sowohl Lenkunterstützung als auch Filter werden durch ein Eingabesignal angesprochen, welches auf eine Lenkeingabe an einer Lenkvorrichtung hinweist. Hierauf erfolgt eine Anweisung an einen Elektromotor, welcher ein Hilfsmoment bereitstellt. Demgegenüber wird der Kompensator erst durch ein Erkennungssignal angesprochen, welches auf einen gültigen Erkennungsvorgang hinweist. Auf diese Weise kann die Anweisung für die Bereitstellung eines Hilfsmoments an den Elektromotor durch einen mit dem erfassten Lenkradzug korrespondierenden Ausgleich modifiziert werden.
• Aus der US 7,725,227 B2 ist ein Kompensationsverfahren für Fahrzeuge bekannt. Dieses dient dem Ausgleich des während der Fahrt auftretenden Lenkzuges am Lenksystem, insbesondere am Lenkrad. Das Verfahren umfasst das Überwachen des Fahrzeugs derart, ob dieses sich aktuell in Geradeausfahrt entlang eines im Wesentlichen linearen Pfades befindet. In diesem Fall wird das durch eine das Fahrzeug lenkende Person am Lenkrad aufgebrachte Drehmoment gemessen und als Drehmomentsignal erfasst. Das gemessene Drehmomentsignal gibt Aufschluss über die aktuelle Höhe des bestehenden Lenkzuges am Lenkrad. Weiterhin umfasst das Verfahren auch das Erzeugen eines die Person unterstützenden Drehmoments als Reaktion auf das erfasste Drehmomentsignal. Hierfür wird ein Offset-Signal berechnet, um das ansonsten erforderliche Gegenlenken im Wesentlichen auf null zu reduzieren. Zudem beinhaltet jenes Verfahren das Erzeugen eines modifizierten Signals zur Drehmomentunterstützung, welches durch das Addieren des Offset-Signals zu dem Drehmomentsignal erfolgt und so an die Fahrzeuglenkung weitergegeben werden kann.
• Mit der US 2009/0030575 A1 wurde ein System zur Bereitstellung einer Kompensation des Zugs an einem Lenksystem während des notwendigen Gegenlenkens aufgezeigt. Das System umfasst einen Signalgenerator für den Zugausgleich und einen Unterstützungsmotor für die Servolenkung sowie einen Verfahrensprozess. Der Verfahrensprozess beinhaltet die Steuerung des Unterstützungsmotors durch eine Fehler- und Grenz-Logik als Funktion des Zugausgleichs-Signals.
• Die DE 198 24 914 C2 offenbart eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug umfasst hierbei eine Lenkvorrichtung mit einer Lenkunterstützung. Die Lenkunterstützung wird derart angesteuert, dass ein seitens der das Kraftfahrzeug lenkenden Person auf ein Lenkrad aufgebrachtes Drehmoment, beispielsweise aufgrund von Querbeschleunigung, Seitenwind und/oder Seitwärtsneigung, kompensiert wird. Zur Ansteuerung der Lenkunterstützung werden erfasste Daten zur Fahrdynamik des in Bewegung befindlichen Kraftfahrzeugs genutzt.
• Aus der FR 2 843 085 B1 geht ein Verfahren hervor, um ein aufgrund von Seitenwind oder der Fahrbahnneigung erforderliches Gegenlenken bei einem Fahrzeug zu kompensieren. Hierzu wird ein Ausgleichsdrehmoment über eine elektrische Servolenkvorrichtung erzeugt und auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs übertragen. Das Verfahren umfasst einen ersten Identifizierungsblock, welcher in Bezug auf den Geradeauslauf des Fahrzeugs eine positive oder negative Angabe macht. Sofern der erste Identifizierungsblock ein positives Signal zurückmeldet, berechnet ein erster Berechnungslock ein entsprechendes Ausgleichsdrehmoment. Weiterhin ist ein zweiter Berechnungsblock vorgesehen, welcher das zuvor berechnete Ausgleichsdrehmoment auf Basis repräsentativer Werte für eine solche Situation gewichtet.
• Die im Stand der Technik bekannten Verfahren und Systeme zur PDC-Unterstützung haben bereits zu einer deutlichen Verbesserung von Sicherheit und Komfort beigetragen. Allerdings sind diese nicht dazu geeignet, notwendige Korrekturen in der baulichen Fahrzeugabstimmung zu kompensieren. So können diese beispielsweise nicht dazu herangezogen werden, die Überprüfung auf etwaige falsche Radstellungen sowie deren Korrektur zu ersetzen. Gleichwohl sind derartige Abstimmungstoleranzen bereits an neu gefertigten Fahrzeugen üblich.
• Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Unterstützung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs sowie ein geeignetes Lenksystem hierzu aufzuzeigen, wobei die Unterstützung des Geradeauslaufs durch ein Korrekturmoment in verbessertem Maße an das die Fahrzeugführung erleichternde Unterstützungsmoment angepasst werden kann.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren sowie durch ein Lenksystem zur Unterstützung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Unterstützung des Geradeauslaufs bzw. der Spurtreue betrifft Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge mit einem Lenksystem, welche eine aktive Lenkunterstützung aufweisen. Bei diesen kann es sich beispielsweise um ein EPAS-System handeln. Bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass es mit einer elektromechanischen Lenkunterstützung (EPS = "Electric Power Steering") zu kombinieren ist, da diese aufgrund des vergleichsweise preiswerten Aufbaus weit verbreitet und besonders genau ansteuerbar sind.
• Das Verfahren sieht zunächst die Berechnung eines erforderlichen Unterstützungsmoments vor. Als Unterstützungsmoment wird im Rahmen der Erfindung jenes von einer Unterstützungsfunktion aktiv auf die steuerbaren Räder des Fahrzeugs aufgebrachte Drehmoment verstanden, welches durch einen geeigneten Antrieb, beispielsweise in Form eines Servomotors erzeugt werden kann. So wird in typischer Weise durch eine manuelle Drehung an einem Lenkrad des Fahrzeugs eine Lenkbewegung eingeleitet, wobei durch die Lenkraddrehung besagter Antrieb angesprochen wird. Die Höhe des Unterstützungsmoments, welches zur Verstärkung des manuellen Drehmoments am Lenkrad dient, ist insbesondere von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig. So fällt der Beitrag zur angeforderten Lenkbewegung durch das Unterstützungsmoment geringer aus, sofern das Fahrzeug in Bewegung ist, insbesondere mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird. Diese Regelung dient der Fahrsicherheit, wobei insbesondere mögliche ruckartige und die Beherrschung des Fahrzeugs gefährdende Lenkmanöver unterbunden werden sollen. Demgegenüber fällt die Höhe des Unterstützungsmoments entsprechend größer aus, sofern hohe Lenkkräfte notwendig sind, beispielsweise im Stand oder bei nur langsamer Fahrzeugbewegung.
• Um neben der angeforderten Unterstützung auch den Geradeauslauf insgesamt zu verbessern, wird die Lenkunterstützung nicht direkt mit dem Unterstützungsmoment angesteuert, sondern mit einem errechneten Steuerungsmoment. Das Steuerungsmoment selbst beinhaltet die Höhe der Unterstützungsanforderung und einen etwaigen Anteil zur Kompensation des aktuell vorhandenen Abdriftens und/oder des Lenkzuges. Folglich setzt sich das die Lenkunterstützung ansteuernde Steuerungsmoment aus dem Unterstützungsmoment und einem errechneten Korrekturmoment zusammen. Das Korrekturmoment dient hierbei der Beibringung des besagten Anteils zur Kompensation. Mit anderen Worten setzt sich das Steuerungsmoment letztlich aus einer Überlagerung von Unterstützungsmoment und Korrekturmoment zusammen.
• Erfindungsgemäß dient als Eingangsgröße für die Berechnung des Korrekturmoments nicht das – wie im Stand der Technik üblich – am Lenkrad aufgebrachte Drehmoment als Ist-Moment, sondern das zuvor errechnete Unterstützungsmoment. Dabei ist wesentlich, dass das Unterstützungsmoment progressiv berechnet wird. Somit wird das die Lenkunterstützung ansteuernde Steuerungsmoment auf Basis des zuvor errechneten Unterstützungsmoments berechnet.
• Der besondere Vorteil besteht hierbei in einer bereits durch die Unterstützungsfunktion implementierten Progression in der Berechnung des Steuerungsmoments. So lösen in üblichen Anwendungen beispielsweise kleinste Amplituden des Handmoments kein Unterstützungsmoment aus. Diesen Umstand macht sich die Erfindung zunutze, indem bei kleinen Abweichungen das Korrekturmoment – mangels Auslösung eines Unterstützungsmoments – beruhigt werden kann und etwaige Variationen den Fahrer nicht stören. So ist aus Reihenuntersuchungen bekannt, dass Lenkzug mit kleinsten Amplituden für den Fahrer als nicht störend empfunden wird. Ist jedoch starker Lenkzug vorhanden, führt die progressiv ansteigende Lenkunterstützung durch das Unterstützungsmoment zu einem schnelleren Anstieg des Korrekturmomentes in Richtung des Zielwertes. Mit Rückgang des Lenkzuges wird dieser Anstieg dann wieder automatisch beruhigt.
• In einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist die Erfassung von aktuellen Daten zur Fahrdynamik vorgesehen. Als Daten zur Fahrdynamik können beispielsweise die Giergeschwindigkeit, die Querbeschleunigung, der Lenkwinkel, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder, die Fahrzeuggeschwindigkeit, das Torsionsstabdrehmoment, der Lenkradstellwinkel, die Zahnstangenverschiebung und/oder die Zahnstangengeschwindigkeit erfasst werden. Das eigentliche Steuerungsmoment wird dann unter Berücksichtigung dieser erfassten Daten zur Fahrdynamik berechnet.
• Insbesondere die erfassten Daten zur Giergeschwindigkeit, Querbeschleunigung und Lenkradstellwinkel geben Aufschluss über den jeweils aktuellen Geradeauslauf des Fahrzeugs. Besagte Daten werden dabei möglichst momentan erfasst, damit das erfindungsgemäße Verfahren ohne zeitliche Verzögerung etwaige ungewollte Änderungen der Fahrdynamik erfassen kann. Selbstverständlich obliegt es dem Fachmann, die erforderliche Abtastrate der Datenerfassung entsprechend der anvisierten Drehmomentkompensation anzupassen.
• Die Erfassung kann beispielsweise mit einer hohen Abtastrate von 10 ms bis 100 ms erfolgen.
• Denkbar ist, dass der Fachmann die passende Abtastrate einstellen kann. Darüber hinaus kann die Einstellung der Abtastrate auch dynamisch, beispielsweise in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfolgen. Bevorzugt werden die Daten mittels bekannter und zumeist bereits im Fahrzeug vorhandener Einrichtungen ermittelt. So können beispielweise die Giergeschwindigkeit und die Querbeschleunigung mittels eines im Fahrzeug vorhandenen Systems mit elektronischem Stabilitätsprogramm ESP (bzw. ESC oder DSC) bestimmt und ausgegeben werden.
• Eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung besteht darin, dass zur Berechnung des jeweiligen Steuerungsmoments eine kontinuierliche Kennfeldregelung verwendet wird. Hierdurch wird eine verbesserte Einschätzung des jeweiligen Fahrzustandes und/oder der Fahrsituation ermöglicht. Mit anderen Worten erfolgt im Rahmen des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens keine wie im Stand der Technik bekannte binäre Detektion des Geradeauslaufs. Dabei ist vorgesehen, dass die Verwendung der kontinuierlichen Kennfeldregelung in Abhängigkeit der jeweils aktuellen Daten zur Fahrdynamik erfolgt.
• In bekannter Weise wird ein auch als Kennlinienfeld bekanntes Kennfeld durch zwei oder mehr einzelne Kennlinien dargestellt. Die einzelnen Kennlinien weisen dabei eine Abhängigkeit von unterschiedlichen Eingangsgrößen auf. So kann auf Basis eines bestimmten Parameters als Eingangsgröße eine Kennlinie angesprochen werden, um beispielsweise eine darin beschriebene Abhängigkeit von zwei oder mehr Größen zu verwerten. So können in dem verwendeten Kennfeld bekannte Fahrsituationen und deren Verläufe erfasst sein, um auf Basis der jeweiligen Eingangsgröße eine typische erforderliche Regelung vorzunehmen.
• Dabei obliegt es dem Fachmann, das komplexe, multidimensionale Kennfeld beispielsweise durch Multiplikation oder Durchschnittswertbildung von einzelnen, normierten Kennlinien aufzubauen. Weiterhin ist es denkbar, die erfassten Fahrdynamik-Eingangsgrößen zu normieren und einer vorab definierten, mehrdimensionalen Funktion zuzuführen.
• Besagte Kennfeldregelung kann gegenüber der üblichen binären Erkennung des Geradeauslaufs den Kompromiss der – im Sinne der Lenkzugregelung – sinnvollen Datenerfassung besser auflösen, da eine höhere Gewichtung der besten Daten im Mittenbereich durch einen reduzierten Einfluss wichtiger Randdaten unterstützt wird
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann das zuvor errechnete Unterstützungsmoment zunächst durch einen Faktor λ gewichtet werden. Mit anderen Worten wird der Wert des errechneten Unterstützungsmoments hierbei mit dem Faktor λ multipliziert. Besonders bevorzugt kann der Faktor λ selbst sich aus einer beliebig komplexen Funktion der erfassten Daten zur Fahrdynamik mit einer einzelnen Variablen zusammensetzen. Somit stellt der Faktor λ das Produkt beliebig komplexer Funktionen der erfassten Daten zur Fahrdynamik dar, welche jeweils eine einzelne Variable aufweisen. Dies kann wie folgt aussehen: Faktor λ = f₁(SWA)·f₂(V_x)· ... ·fn(x)
• Hierbei werden "f_i" viele beliebig komplexe Funktionen der erfassten Daten zur Fahrdynamik mit jeweils einer einzelnen Variablen verwendet, so dass "i" von 1 bis n reicht. Dabei steht "SWA" für den jeweiligen Lenkwinkel und "V_x" für die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit. So kann der Faktor λ beispielsweise eine Abhängigkeit vom Lenkwinkel (SWA) und/oder von der aktuellen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (V_x) haben.
• Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Verwendung eines weiteren zusätzlichen Faktors erfolgen, um das eigentliche Steuerungsmoment zu berechnen. Besagter zusätzlicher Faktor wird dabei als Zusatzfaktor μ genutzt, um das bereits durch den Faktor λ gewichtete Unterstützungsmoment nochmals zu gewichten. Der verwendete Zusatzfaktor μ wird dabei von wenigstens einem Wert der jeweils aktuell erfassten Daten zur Fahrdynamik abgeleitet. Dabei stellt der Zusatzfaktor μ bevorzugt ebenfalls das Produkt beliebig komplexer Funktionen der erfassten Daten zur Fahrdynamik dar, welche jeweils eine einzelne Variable aufweisen.
• Während der erste Faktor λ als Gewichtungsfaktor dazu dient, Amplitude und Richtung des Lenkzuges optimal zu erkennen, kann der Zusatzfaktor µ die Fahrsituationen bestimmen, in denen der erkannte Lenkzug kompensiert werden soll. Besonders bevorzugt wird das zuvor durch den Faktor λ gewichtete Unterstützungsmoment zunächst einem Kontrollsystem zugeführt und darin verarbeitet, bevor es mit dem Zusatzfaktor μ gewichtet wird. Bei dem Kontrollsystem handelt es sich bevorzugt um eine beliebig komplexe Funktion des bereits durch den Faktor λ gewichteten Unterstützungsmoments, welches dann ein Korrekturmoment in Form des so modifizierten Unterstützungsmoments generiert. Dabei kann das Kontrollsystem beispielsweise als Durchschnittsfunktion oder als Integrator ausgeführt sein.
• Als Funktion kann das Kontrollsystem in einem zeitdiskreten System wie folgt definiert sein: T_pd(t + 1) = T_pd(t) + K·T_w(t)
• Dabei stehen "T_pd" für den internen Zustand des Kontrollsystems, "T_w" für das zuvor errechnete und mit dem Faktor λ gewichtete Unterstützungsmoment. Weiterhin steht "K" für eine beliebige parametrische Funktion wie beispielsweise einen Verstärkungsfaktor, wobei "t" die jeweils aktuelle Zeit und "t + 1" den zunächst diskreten Zeitschritt definieren.
• Das zuvor aufgezeigte Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise die ausschließliche Nutzung des Unterstützungsmoments sowie der kennliniengesteuerten Gewichtung im Vergleich zu der im Stand der Technik üblichen Verwendung des Handmoments und der binären Situationswahl zur Berechnung des Korrekturmoments.
• Die Erfindung betrifft ferner ein Lenksystem zur Durchführung des Verfahrens zur Unterstützung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
• Hierzu umfasst das Lenksystem eine aktive Lenkunterstützung sowie ein geeignetes Berechnungsmittel in Form einer Unterstützungsfunktion. Besagtes Berechnungsmittel ist dazu ausgebildet, um auf Basis eines an einem Lenkrad des Fahrzeugs aufgebrachten Lenkmoments ein erforderliches Unterstützungsmoment zu berechnen. Mit anderen Worten dient das Berechnungsmittel zur Ermittlung einer angebrachten Unterstützung durch einen Antrieb, um die angeforderte Lenkbewegung durch eine das Fahrzeug steuernde Person zu unterstützen.
• Erfindungsgemäß ist ferner ein Korrekturmittel vorgesehen, welches dazu ausgebildet ist, um auf Basis des bereits errechneten Unterstützungsmoments ein Korrekturmoment zu berechnen. Dabei ist wesentlich, dass es sich bei dem Unterstützungsmoment um ein progressiv berechnetes Unterstützungsmoment handelt. Ziel ist hierbei eine über die angeforderte Lenkkraftunterstützung hinausgehende Korrektur selbiger vornehmen zu können, um den Lenkradzug und/oder das Abdriften des Fahrzeugs zu kompensieren. Die eigentliche Lenkunterstützung ist dabei letztlich durch ein Steuerungsmoment ansteuerbar, welches sich aus einer Überlagerung des Unterstützungsmoments mit dem Korrekturmoment zusammensetzt.
• Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert und gelten für das erfindungsgemäße Lenksystem sowie das mit einem solchen Lenksystem ausgestattete Fahrzeug entsprechend. Dies gilt im Übrigen auch für die nachfolgend benannten weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems. Aus diesem Grund wird an dieser Stelle auf die vorherigen Ausführungen hierzu verwiesen.
• So ist in einer vorteilhaften Weiterbildung wenigstens ein, bevorzugt mehrere Erfassungsmittel vorgesehen, welche dazu ausgebildet sind, um Daten zur jeweils aktuellen Fahrdynamik des Fahrzeugs zu erfassen. Bei dem oder den Mitteln zur Erfassung von Daten zur Fahrdynamik kann es sich beispielsweise um solche handeln, welches mindestens einer möglichen Datenerfassung zur Giergeschwindigkeit, zur Querbeschleunigung, zum Lenkwinkel, zur Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder, zur Fahrzeuggeschwindigkeit, zum Torsionsstabdrehmoment, zum Lenkradstellwinkel, zur Zahnstangenverschiebung und/oder zur Zahnstangengeschwindigkeit dienen.
• Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung kann das Korrekturmittel ein Kontrollsystem besitzen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Kontrollsystem um ein "single input – single output" System. Hierzu weist besagtes Kontrollsystem einen einzelnen Eingang und einen einzelnen Ausgang auf. Das Kontrollsystem ist dazu ausgebildet, um ein mit erfassten Daten zur Fahrdynamik gewichtetes Eingangssignal des Unterstützungsmoments zu empfangen, wobei ein Ausgangssignal mit einem einzelnen Wert anderer aktuell erfasster Daten zur Fahrdynamik gewichtet wird. Anschließend dient es der Sendung des so berechneten Ausgangssignals an die Lenkunterstützung. Auf diese Weise ist die Lenkunterstützung letztlich durch besagtes, gewichtetes Ausgangssignal in Form des Steuerungsmoments ansteuerbar.
• Dabei schließt eine bevorzugte Ausführung als "single input – single output" System im regeltechnischen Sinne nicht aus, dass das Kontrollsystem durch äußere Signale auf seinen Ursprungswert zurückgesetzt werden kann oder interne funktionale Zustände nach außen abgibt.
• Hierzu kann besagtes Kontrollsystem bevorzugt einen weiteren Eingang aufweisen, über welchen dann die Zurücksetzung des Kontrollsystems auf seinen Ursprungswert oder auf einen seiner Ursprungswerte erfolgen kann.
• Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
• 1 einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie
• 2 einen einzelnen Komplex von Maßnahmen innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens aus 1.
• 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Unterstützung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs in einem schematischen Blockaufbau. Grundlage des Verfahrens ist ein Fahrzeug 1, welches eine aktive Lenkunterstützung 2 und ein manuell bedienbares und nicht näher gezeigtes Lenkrad besitzt. Vorliegend handelt es sich bei der aktiven Lenkunterstützung 2 um ein EPAS-System.
• Auf Basis eines am Lenkrad aufgebrachten Lenkmoments 3 wird zunächst ein erforderliches Unterstützungsmoment 4 berechnet. Bei dem Lenkmoment 3 handelt es sich um ein solches, welches eine das Fahrzeug 1 steuernde Person aufbringen muss, um den Geradeauslauf des Fahrzeugs 1 zu erhalten. Der Geradeauslauf wird in typischer Weise insbesondere aufgrund von Fahrzeugabstimmungen wie beispielsweise Sturz, Nachlauf, Spur und/oder aufgrund weiterer Einflüsse wie beispielsweise Fahrbahnerhöhungen oder Reifenabstimmungen beeinflusst. Hierdurch ist ein Gegensteuern erforderlich, um dem sich aus diesen Einflüssen und Faktoren ergebenden Zug im Lenkrad sowie dem Abdriften des Fahrzeugs 1 in geeigneter Form zu begegnen. In jedem Fall wird hierbei ein zumeist konstantes Aufbringen des Lenkmoments 3 an dem Lenkrad verlangt.
• Das manuell aufgebrachte Lenkmoment 3 wird durch eine Unterstützungsfunktion 5 verstärkt. Im Stand der Technik erfolgt hierauf die Ansteuerung der Lenkunterstützung 2 mit besagtem Unterstützungsmoment 4, was vorliegend im Rahmen der Erfindung allerdings so nicht durchgeführt wird.
• Kern der Erfindung bildet die Maßnahme, dass ein Korrekturmittel 6 vorgesehen ist, welches unter Berücksichtigung des aktuellen Unterstützungsmoments 4 eine geeignete Momentenüberlagerung bereitstellen kann. Hierdurch wird auf Basis des jeweils aktuellen Unterstützungsmoments 4 und unter Berücksichtigung von erfassten Daten zur aktuellen Fahrdynamik 9 des Fahrzeugs 1 besagte Momentenüberlagerung berechnet, um die Geradeausfahrt des Fahrzeugs 1 zu unterstützen. Hierzu laufen die berechnete Momentenüberlagerung und das zuvor errechnete Unterstützungsmoment 4 in einer Schnittstelle 7 zusammen, um anschließend eine Ansteuerung der Lenkunterstützung 2 zu bewirken.
• Die Berechnung eines eigentlichen Steuerungsmoments 8, mit welchem die Lenkunterstützung 2 letztlich angesteuert wird, erfolgt auf Basis einer kontinuierlichen Kennfeldregelung in Abhängigkeit von jeweils aktuellen Daten zur Fahrdynamik 9. Dies wird in 2 näher verdeutlicht.
• 2 zeigt das Korrekturmittel 6 in näher verdeutlichter Form. Hierin wird das Unterstützungsmoment 4 zunächst durch einen Faktor λ gewichtet. Der Faktor λ wird aus wenigstens einem Wert der erfassten Daten zur aktuellen Fahrdynamik 9 des Fahrzeugs 1 abgeleitet. Bei den Daten zur aktuellen Fahrdynamik 9 kann es sich beispielsweise um die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Querbeschleunigung, die Gierrate, den Lenkwinkel, die Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder das Lenkmoment bzw. das Drehmoment in einer Lenkstange handeln.
• Der Faktor λ setzt sich als Produkt aus beliebig komplexen Funktionen der erfassten Daten zur Fahrdynamik 9 zusammen, welche jeweils eine einzelne Variable aufweisen. Der Faktor λ kann sich dabei wie folgt zusammensetzen: Faktor λ = f₁(SWA)·f₂(V_x)· ... ·fn(x)
• Zu dessen Bemessung werden "f_i" viele beliebig komplexe Funktionen der erfassten Daten zur Fahrdynamik mit jeweils einer einzelnen Variablen verwendet, so dass "i" von 1 bis n reicht. Der Höchstwert des Faktors kann bis auf "1" hin normalisiert werden, wobei dann alle Funktionen im Wesentlichen den Wert "1" annehmen.
• Wie zu erkennen, umfasst das Korrekturmittel 6 ein Kontrollsystem 10. Das Kontrollsystem 10 besitzt einen einzelnen Eingang und einen einzelnen Ausgang. Weiterhin ist das Kontrollsystem 10 dazu ausgebildet, um ein mit den erfassten Daten zur Fahrdynamik 9 gewichtetes Eingangssignal 11 des Unterstützungsmoments 4 zu empfangen, wobei das Ausgangssignal mit einem einzelnen Wert anderer aktuell erfasster Daten zur Fahrdynamik 9 gewichtet wird. Zur Berechnung des eigentlichen Steuerungsmoments 8 wird das bereits durch den Faktor λ gewichtete Unterstützungsmoment 4 durch einen weiteren Zusatzfaktor μ gewichtet. Besagter Zusatzfaktor μ wird hierbei von wenigstens einem Wert der jeweils aktuell erfassten Daten zur Fahrdynamik 9 abgeleitet.
• Das Kontrollsystem 10 kann beispielsweise als Durchschnittsfunktion oder als Integrator ausgeführt sein. Als Funktion kann das Kontrollsystem 10 wie folgt definiert sein: T_pd(t + 1) = Tpd(t) + K·T_w(t)
• Dabei stehen "T_pd" für den internen Zustand des Kontrollsystems 10, "T_w" für das zuvor errechnete und mit dem Faktor λ gewichtete Unterstützungsmoment, "K" für eine beliebige parametrische Funktion wie beispielsweise ein Verstärkungsfaktor, wobei "t" die jeweils aktuelle Zeit und "t + 1" den nächsten diskreten Zeitschritt definiert.
• In einer besonders vorteilhaften Ausführung kann das Kontrollsystem 10 in Abhängigkeit der Daten zur Fahrdynamik 9 auf seinen Ursprungswert zurückgesetzt werden.
• Letztlich wird dieses als mit dem Faktor µ gewichtetes Ausgangssignal in Form eines Korrekturmoments 12 ausgegeben, wobei es mit dem Unterstützungsmoment 4 überlagert wird und anschließend als Steuerungsmoment 8 zur Ansteuerung der Lenkunterstützung 2 dient.
• Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs mit einem Lenksystem sowie das erfindungsgemäße Lenksystem und das erfindungsgemäße Fahrzeug sind nicht auf die hierin offenbarten Maßnahmen und Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen selbstverständlich auch gleich wirkende weitere Maßnahmen und Ausführungsformen.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Lenkunterstützung von 1, aktiv (EPAS-System)

3

Lenkmoment, manuell

4

Unterstützungsmoment

5

Unterstützungsfunktion zur Berechnung von 4

6

Korrekturmittel

7

Schnittstelle zwischen 6 und 2

8

Steuerungsmoment für 2 aus 4 und 12

9

Daten zur aktuellen Fahrdynamik von 1

10

Kontrollsystem von 6

11

Eingangssignal in 10

12

Korrekturmoment

λ

Faktor

μ

Zusatzfaktor

Claims (10)

1. Verfahren zur Unterstützung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs (1), welches ein Lenksystem mit einer aktiven Lenkunterstützung (2) umfasst, bei welchem auf Basis eines am Lenkrad aufgebrachten Lenkmoments (3) ein erforderliches Unterstützungsmoment (4) über eine das Lenkmoment (3) verstärkende Unterstützungsfunktion (5) berechnet wird, wobei die Lenkunterstützung (2) durch ein Steuerungsmoment (8) angesteuert wird, welches sich aus einer Überlagerung des Unterstützungsmoments (4) mit einem zur Kompensation eines aktuell vorhandenen Abdriftens und/oder eines Lenkzuges dienenden Korrekturmoment (12) zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturmoment (12) auf Basis des Unterstützungsmoments (4) berechnet wird, wobei das Unterstützungsmoment (4) aufgrund einer in der Unterstützungsfunktion (5) enthaltenen Progression zuvor progressiv errechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Erfassung von aktuellen Daten zur Fahrdynamik (9), wobei das Steuerungsmoment (8) unter Berücksichtigung dieser erfassten Daten zur Fahrdynamik (9) berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des Steuerungsmoment (8) eine kontinuierliche Kennfeldregelung in Abhängigkeit von jeweils aktuellen Daten zur Fahrdynamik (9) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterstützungsmoment (4) durch einen Faktor (λ) gewichtet wird, wobei der Faktor (λ) von wenigstens einem Wert der aktuell erfassten Daten zur Fahrdynamik (9) abgeleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des Steuerungsmoments (8) das durch den Faktor (λ) gewichtete Unterstützungsmoment (4) durch einen weiteren Zusatzfaktor (μ) gewichtet wird, wobei dieser Zusatzfaktor (μ) von wenigstens einem Wert der jeweils aktuell erfassten Daten zur Fahrdynamik (9) abgeleitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor (λ) und/oder der Zusatzfaktor (μ) als Produkt beliebig komplexer Funktionen der erfassten Daten zur Fahrdynamik (9) berechnet werden/wird, welche jeweils eine einzelne Variable aufweisen.
7. Lenksystem zur Unterstützung des Geradeauslaufs eines Fahrzeugs (1), umfassend eine aktive Lenkunterstützung (2) sowie eine Unterstützungsfunktion (5), welche dazu ausgebildet ist, um auf Basis eines am Lenkrad aufgebrachten Lenkmoments (3) ein erforderliches, das Lenkmoment (3) verstärkendes Unterstützungsmoment (4) zu berechnen, wobei die Lenkunterstützung (2) durch ein Steuerungsmoment (8) ansteuerbar ist, welches sich aus einer Überlagerung des Unterstützungsmoments (4) mit einem zur Kompensation eines aktuell vorhandenen Abdriftens und/oder eines Lenkzuges dienenden Korrekturmoment (12) zusammensetzt, gekennzeichnet durch ein Korrekturmittel (6), welches dazu ausgebildet ist, um das Korrekturmoment (12) auf Basis des Unterstützungsmoments (4) zu berechnen, wobei die Unterstützungsfunktion (5) eine Progression besitzt, wodurch das Unterstützungsmoment (4) zuvor progressiv errechenbar ist.
8. Lenksystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Erfassungsmittel, welche dazu ausgebildet sind, um Daten zur jeweils aktuellen Fahrdynamik (9) des Fahrzeugs zu erfassen.
9. Lenksystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturmittel (6) ein Kontrollsystem (10) aufweisend einen einzelnen Eingang und einen einzelnen Ausgang, wobei das Kontrollsystem (10) dazu ausgebildet ist, um ein mit erfassten Daten zur Fahrdynamik (9) gewichtetes Eingangssignal (11) des Unterstützungsmoments (4) zu empfangen und mit einem einzelnen Wert der aktuell erfassten Daten zur Fahrdynamik (9) zu gewichten sowie als Ausgangssignal in Form eines Korrekturmoments (12) auszugeben, so dass die Lenkunterstützung (2) durch eine Überlagerung von Unterstützungsmoment (4) und Korrekturmoment (12) in Form des Steuerungsmoments (8) ansteuerbar ist.
10. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsystem (10) auf einen Ursprungswert zurücksetzbar ist, insbesondere über einen weiteren Eingang des Kontrollsystems (10).

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