DE102014200100B4

DE102014200100B4 - Lenkwinkelfehlerkorrektur

Info

Publication number: DE102014200100B4
Application number: DE102014200100.5A
Authority: DE
Inventors: Attila BENAK; Sergio Codonesu; Lodewijk Wijffels; Miguel BAHENA; Andrew Brown; Darrel Alan Recker
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2034-01-09
Also published as: CN103921841A; DE102014200100A1; US9031745B2; CN103921841B; US20140200770A1

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer aktiven Lenkung eines Kraftfahrzeuges (1), mit den Schritten: – Bestimmen eines tatsächlichen Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs (1); – Bestimmen eines Gesamtstellwinkels (7) einer Lenkung des Kraftfahrzeugs (1); – wenn der tatsächliche Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs (1) angibt, dass das Kraftfahrzeug (1) geradeaus fährt, Bestimmen einer Abweichung des Gesamtstellwinkels (7) von dem tatsächlichen Lenkwinkel; – Bestimmen eines kompensierten Lenkwinkels durch Beaufschlagung des Gesamtstellwinkels (7) mit der Abweichung; – Bestimmen eines Lenkradstellwinkels (3) eines Lenkrades (2) des Kraftfahrzeugs (1); – Bestimmen einer Abweichung des Lenkradstellwinkels (3) von dem kompensierten Lenkwinkel; und – Reduzieren der Abweichung des Lenkradstellwinkels (3) von dem kompensierten Lenkwinkel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aktiven Lenkung eines Kraftfahrzeuges insbesondere zur Lenkwinkelfehlerkorrektur, eine aktive Lenkung für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Lenkung.
Bei aktiven Lenksystemen von Kraftfahrzeugen wird der Lenkwinkel der gelenkten Räder durch ein mechatronisches Hilfssystem eingestellt. Beispiele für aktive Lenksysteme sind das Steer-by-wire-System, bei dem keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und der Lenkung der Räder besteht, und die Überlagerungslenkung, bei der ein von einem Hilfsmotor bereitgestellter Lenkwinkel in einem Überlagerungsgetriebe mit dem vom Fahrer auf das Lenkrad bewirkten Lenkwinkel überlagert und die Summe beider Lenkwinkel auf die Lenkung der Räder übertragen werden. Die Vorteile dieser Lenksysteme bestehen unter anderem darin, dass die Kopplung des Winkels des Lenkrades an den tatsächlichen Lenkwinkel beziehungsweise der Veränderungsgeschwindigkeiten der genannten Winkel aufgelöst wird und dass Eingriffe in die Lenkung vorgenommen werden können, ohne dies unmittelbar für den Fahrer spürbar zu machen. Der Wegfall der Kopplung von Lenkradstellwinkel und Lenkwinkel wird insbesondere dafür genutzt, um das Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkrad und der Lenkung der Räder geschwindigkeitsabhängig zu wählen, was den Fahrkomfort und die Sicherheit erhöht.
Verfahren zum Betreiben von Hilfskraftlenkungen sind beispielsweise aus DE 10 2007 001 965 A1 , DE 10 2004 048 495 A1 , DE 10 2004 009 816 A1 und DE 103 02 559 A1 bekannt.
Durch den Einsatz von aktiven Lenksystemen kann jedoch das Problem entstehen, dass sich das Lenkrad nicht notwendigerweise in der Mittenposition befindet, wenn das Kraftfahrzeug geradeaus fährt. Ursachen hierfür können Produktionsabweichungen, fehlerhafte Lenkrad- oder Lenksystemeinstellungen, Abnutzung oder Beschädigungen sein. Auch kann das Fahren auf seitwärts abfallenden Straßen zu Offsets zwischen der Geradeausrichtung des Kraftfahrzeuges und der Mittenposition des Lenkrades führen. Solche Abweichungen beeinträchtigen den Fahrkomfort.
In der DE 10 2004 048 495 A1 wird ein Verfahren zur Verbesserung des Betriebs einer Fahrzeuglenkung gezeigt, bei dem eine Abweichung des Lenkradwinkels bzw. Lenkradstellwinkels von einem Verschwenkwinkel, der die tatsächliche Stellung der verschwenkbaren Fahrzeugräder bzw. den tatsächlichen Lenkwinkel bezeichnet, möglichst ohne eine den Fahrer irritierende Lenkbewegung direkt reduziert wird, wobei die Korrektur beispielsweise direkt bei der ersten Lenkbewegung erfolgt.
In der DE 10 2004 009 816 A1 wird ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug gezeigt, bei dem die Funktionssicherheit des Systems verbessert wird, indem Mittel es ermöglichen, jeweils einen der Werte des Lenkradwinkels, eines zusätzlich generierten Überlagerungswinkels und eines sich aus der Überlagerung ergebenden Ritzelwinkels aus den jeweils beiden anderen Werten unter Berücksichtigung der kinematischen Beziehungen zwischen den Winkeln zu bestimmen.
In der DE 103 02 559 A1 wird ein Verfahren zur Synchronisation der Winkelstellung des Lenkrads und dem an den gelenkten Fahrzeugrädern eingestellten Lenkwinkel gezeigt, bei dem mit einer Steuervorrichtung unter Berücksichtigung einer veränderbaren Zuordnungsfunktion die Winkel verglichen werden und im Fall einer Abweichung eine Relativverstellung vorgenommen wird, so dass die Winkel unter Berücksichtigung der geänderten Zuordnungsfunktion wieder miteinander korrespondieren.
In der DE 10 2007 001 965 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben einer aktiven Lenkung gezeigt, bei dem vorgesehen ist, direkt einen Lenkwinkelabgleich zwischen einem Lenkwinkel bzw. Lenkradstellwinkel und der Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs durchzuführen, wobei z.B. über eine Tiefpassfilterung des Lenkradstellwinkels über einen vorgesehenen Zeitraum, wenn Fahrtparameter anzeigen, dass wahrscheinlich „im Schnitt“ geradeaus gefahren wird, direkt eine Abweichung bestimmt wird, um die der Lenkradstellwinkel von der Bewegungsrichtung näherungsweise abweicht und den das Steuergerät der aktiven Hilfskraftlenkung bei der Vorgabe des Motorwinkels berücksichtigt, so dass der Fahrer beispielsweise auch bei starkem Abbremsen nicht einen sich ändernden Motorwinkel berücksichtigen muss. Es ist nicht vorgesehen, diese Abweichung zu reduzieren, indem zunächst zu einem Zeitpunkt, wenn ein tatsächlicher Lenkwinkel anzeigt, dass das Fahrzeug geradeaus fährt, eine Abweichung eines Gesamtstellwinkels von dem tatsächlichen Lenkwinkel genau bestimmt wird, und diese dann verwendet wird, um jeweils einen mit hoher Genauigkeit kompensierten Lenkwinkel zum jeweils aktuellen Gesamtstellwinkel zu bestimmen und dann die Abweichung des Lenkradstellwinkels von diesem kompensierten Lenkwinkel zu reduzieren, der dabei über nachfolgende Lenkeingriffe hinweg als Zielgröße dienen kann, an die der Lenkradstellwinkel angenähert wird, um so letztlich die Abweichung zwischen dem Lenkradstellwinkel und dem tatsächlichen Lenkwinkel zu reduzieren.
Die Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe, ein Verfahren einzuführen, das eine verbesserte Lenkwinkelkorrektur ermöglicht, so dass eine Geradeausfahrt des Kraftfahrzeuges mit einem in Mittenposition befindlichen Lenkrad verbunden ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Betreiben einer aktiven Lenkung eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine aktive Lenkung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer aktiven Lenkung, eines Kraftfahrzeuges eingeführt. Das Verfahren verfügt wenigstens über die folgenden Schritte:

– Bestimmen eines tatsächlichen Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs;
– Bestimmen eines Gesamtstellwinkels einer Lenkung des Kraftfahrzeugs;
– wenn der tatsächliche Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs angibt, dass das Kraftfahrzeug geradeaus fährt, Bestimmen einer Abweichung des Gesamtstellwinkels von dem tatsächlichen Lenkwinkel;
– Bestimmen eines kompensierten Lenkwinkels durch Beaufschlagung des Gesamtstellwinkels mit der Abweichung;
– Bestimmen eines Lenkradstellwinkels eines Lenkrades des Kraftfahrzeugs;
– Bestimmen einer Abweichung des Lenkradstellwinkels von dem kompensierten Lenkwinkel; und
– Reduzieren der Abweichung des Lenkradstellwinkels von dem kompensierten Lenkwinkel.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, Abweichungen oder Offsets zwischen dem Lenkradstellwinkel und dem tatsächlichen Lenkwinkel zu detektieren und zu reduzieren beziehungsweise zu eliminieren. Dadurch wird das eingangs genannte Problem gelöst.
Die Bestimmung des tatsächlichen Lenkwinkels beziehungsweise der Bewegungsrichtung wird erfindungsgemäß dazu verwendet, kompensierte Lenkwinkel zu berechnen. Dabei werden der tatsächliche Lenkwinkel, der auf einer Messung, beispielsweise der Radgeschwindigkeiten oder durch einen Sensor, beruht, und der Lenkungsstellwinkel, der aus der Lenkung beziehungsweise dem Aktuator der Lenkung oder dem Lenkgetriebe, in diesem Fall auch Gesamtstellwinkel genannt, ausgelesen wird, in Übereinstimmung gebracht. Hierzu wird der jeweilige ausgelesene Lenkungsstellwinkel um einen Korrekturwinkel verändert, der die Abweichung des Lenkungsstellwinkels von dem tatsächlichen Lenkwinkel widerspiegelt. Dies bietet den Vorteil, dass die Abweichung von Lenkungsstellwinkel und tatsächlichem Lenkwinkel bei einer Geradeausfahrt besonders genau bestimmt werden kann, der dadurch zu einer hohen Genauigkeit kompensierte Lenkwinkel jedoch in jeder Fahrsituation fortlaufend für die weitere Verwendung aktualisiert werden kann. Der kompensierte Lenkwinkel kann somit über nachfolgende Lenkeingriffe hinweg fortlaufend aktualisiert werden und als Referenz dienen, um Abweichungen zwischen dem Lenkradstellwinkel und dem tatsächlichen Lenkwinkel zu bestimmen und diese anschließend zu reduzieren. Die jeweils aktuellen kompensierten Lenkwinkel dienen somit als Zielgröße, an die der Lenkradstellwinkel angenähert werden soll.
Der tatsächliche Lenkwinkel wird vorzugsweise anhand einer Bestimmung der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeuges bestimmt, was beispielsweise geschehen kann, indem die jeweiligen Radgeschwindigkeiten einer Mehrzahl von Rädern des Kraftfahrzeuges miteinander verglichen werden. Die Räder, deren Radgeschwindigkeiten verglichen werden, sind dabei gewöhnlich Räder, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeuges an derselben Achse angeordnet sind, vorzugsweise an der Lenkachse. Bei der im Rahmen der Erfindung generell bevorzugten Vorderachslenkung also die linken und rechten Vorderräder (Active Front Steering, AFS). Es können allerdings auch Radgeschwindigkeiten weiterer Räder des Kraftfahrzeuges in die Bestimmung der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeuges einbezogen werden. Die Bestimmung der Radgeschwindigkeiten ist einfach möglich und wird meist bereits aus anderen Gründen durchgeführt, weshalb diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne besonderen zusätzlichen Aufwand implementiert werden kann. Die benötigten Sensoren und die eventuell nötige Verarbeitungssoftware für die von den Sensoren gewonnenen Daten sind in der Regel bereits im Kraftfahrzeug vorhanden, z. B. in Form von ABS-Sensoren und der zugehörigen ABS-Steuerungssoftware.
Alternativ oder zusätzlich kann die Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeuges mittels eines Sensors bestimmt werden. Der Sensor ist dabei dazu ausgebildet, eine Bewegungsrichtung zu bestimmen und ein eine Information über die bestimmte Bewegungsrichtung enthaltendes Sensorsignal auszugeben. Es kann eine Verarbeitungssoftware vorgesehen sein, die das Sensorsignal verarbeitet und auswertet. Der Einsatz eines Sensors bedeutet einen erhöhten Konstruktionsaufwand, bietet jedoch den Vorteil eines von Abweichungen der Radumfänge aufgrund unterschiedlichen Reifendrucks oder eines unterschiedlichen Abnutzungsgrades unabhängigen Messwertes. Es ist auch denkbar, den Sensor zusätzlich zu der Auswertung der Radgeschwindigkeiten zu verwenden, um beispielsweise eine gesteigerte Genauigkeit der Bestimmung der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeuges oder eine gegenseitige Plausibilisierung der Werte zu erreichen.
Die Reduktion der Abweichung kann graduell über einen längeren Zeitraum erfolgen, die Zeitspanne kann dabei wenige Sekunden oder auch mehrere Stunden oder sogar Tage umfassen. Die Reduktion kann aber auch sprunghaft bzw. abrupt durchgeführt werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung führt eine aktive Lenkung für ein Kraftfahrzeug ein. Die aktive Lenkung weist Mittel zum Bestimmen eines tatsächlichen Lenkwinkels des Kraftfahrzeuges, Mittel zum Bestimmen eines Lenkradstellwinkels, Mittel zum Bestimmen eines Lenkungsstellwinkels (Gesamtstellwinkels) und eine mit den Mitteln verbundene Steuereinheit auf. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, das Verfahren des ersten Erfindungsaspektes auszuführen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen aktiven Lenkung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die Figuren zeigen:
1 ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen aktiven Lenkung; und
2 ein Flussdiagramm zu einem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer erfindungsgemäßen aktiven Lenkung. Ein Fahrer des Kraftfahrzeuges 1 steuert das Kraftfahrzeug 1 mittels eines Lenkrades 2 und lenkt dabei das Lenkrad 2 um einen Lenkradstellwinkel 3 aus. Der Lenkradstellwinkel 3 wird in einem Überlagerungsgetriebe 4 mit einem von einem – meist elektrischen – Motor 5 bereitgestellten Überlagerungswinkel 6 überlagert. Der resultierende Gesamtstellwinkel 7 bewegt ein Lenkgetriebe 8, das die gewünschte Änderung der Stellung zweier der Räder 9-1 bis 9-4, bei einem Kraftfahrzeug mit Vorderachslenkung der Vorderräder 9-1 und 9-2, bewirkt. Die aktive Lenkung von 1 besitzt Mittel 10 zum Bestimmen eines Lenkradstellwinkels 3, die den Lenkradstellwinkel 3 erfassen und an eine Steuereinheit 12 übermitteln. Außerdem umfasst die aktive Lenkung des Ausführungsbeispiels Mittel 11 zum Bestimmen eines Lenkungsstellwinkels (Gesamtstellwinkels 7) des Kraftfahrzeuges 1, die vorliegend dazu ausgebildet sind, einen Stellwinkel des Lenkgetriebes 8 auszulesen und den ausgelesenen Lenkungsstellwinkel an die Steuereinheit 12 zu übermitteln. Außerdem umfasst das Kraftfahrzeug 1 von 1 einen Sensor 13, der beispielsweise als Beschleunigungssensor ausgeführt sein kann und dazu ausgebildet ist, eine Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeuges 1 und damit einen tatsächlichen Lenkwinkel des Kraftfahrzeuges 1 zu bestimmen. Die Steuereinheit 12 ist ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Sie kann auch, basierend auf dem Lenkradstellwinkel 3, den Motor 5 steuern, um die bekannte Funktionalität der aktiven Lenkung zu verwirklichen.
2 zeigt ein Flussdiagramm zu einem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren beginnt bei Start, z. B. durch Einschalten der Zündung eines Kraftfahrzeugs 1 oder periodisch während einer Fahrt. In Schritt S1 wird ein Lenkungsstellwinkel bestimmt, beispielsweise indem ein Aktuatorwinkel des Motors 5 der Lenkung ausgelesen wird. In einem Schritt S2 wird ein kompensierter Lenkwinkel berechnet, indem der Lenkungsstellwinkel mit einem Korrekturwinkel beaufschlagt wird, der bei einer vorhergehenden Durchführung des Verfahrens bestimmt worden ist. In Schritt S3 wird festgestellt, ob das Kraftfahrzeug geradeaus fährt. Dazu kann ein tatsächlicher Lenkwinkel bestimmt werden, indem beispielsweise Radgeschwindigkeiten verglichen werden. Fährt das Kraftfahrzeug geradeaus, wird in Schritt S4 ein Lenkradstellwinkel bestimmt. Anhand einer Abweichung des Lenkradstellwinkels (beziehungsweise eines von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs durch den Lenkradstellwinkel vorgegebenen Solllenkwinkels) von dem tatsächlichen Lenkwinkel wird in Schritt S5 ein Lenkwinkelfehler und darauf basierend ein aktualisierter Korrekturwinkel bestimmt. Wurde in Schritt S3 hingegen festgestellt, dass das Kraftfahrzeug nicht geradeaus fährt, wird ein vorheriger Zielkorrekturwinkel beibehalten (Schritt S6) und der kompensierte Lenkwinkel eingefroren (Schritt S7). Im Schritt S8 werden die Ergebnisse von S5 uns S7 zusammengeführt und der entsprechende Korrekturwinkel in S9 für die weitere Bestimmung aktualisierter kompensierter Lenkwinkel für die Steuerung des Kraftfahrzeuges hinterlegt. Das Verfahren endet z. B. bei Ausschalten des Fahrzeugs 1.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Lenkrad
3: Lenkradstellwinkel
4: Überlagerungsgetriebe
5: Motor
6: Überlagerungswinkel
7: Gesamtstellwinkel
8: Lenkgetriebe
9-1: Rad
9-2: Rad
9-3: Rad
9-4: Rad
10: Mittel zum Bestimmen eines Lenkradstellwinkels
11: Mittel zum Bestimmen eines Lenkungsstellwinkels
12: Steuereinheit
13: Sensor

Claims

Ein Verfahren zum Betreiben einer aktiven Lenkung eines Kraftfahrzeuges (1), mit den Schritten: – Bestimmen eines tatsächlichen Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs (1); – Bestimmen eines Gesamtstellwinkels (7) einer Lenkung des Kraftfahrzeugs (1); – wenn der tatsächliche Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs (1) angibt, dass das Kraftfahrzeug (1) geradeaus fährt, Bestimmen einer Abweichung des Gesamtstellwinkels (7) von dem tatsächlichen Lenkwinkel; – Bestimmen eines kompensierten Lenkwinkels durch Beaufschlagung des Gesamtstellwinkels (7) mit der Abweichung; – Bestimmen eines Lenkradstellwinkels (3) eines Lenkrades (2) des Kraftfahrzeugs (1); – Bestimmen einer Abweichung des Lenkradstellwinkels (3) von dem kompensierten Lenkwinkel; und – Reduzieren der Abweichung des Lenkradstellwinkels (3) von dem kompensierten Lenkwinkel.
Das Verfahren des vorhergehenden Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass der tatsächliche Lenkwinkel bestimmt wird, indem eine Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs (1) bestimmt wird.
Das Verfahren des vorhergehenden Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeuges (1) bestimmt wird, indem eine jeweilige Radgeschwindigkeit einer Mehrzahl von Rädern (9-1, 9-2, 9-3, 9-4) des Kraftfahrzeuges (1) verglichen werden.
Das Verfahren von einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeuges (1) mittels eines Sensors (13) bestimmt wird, der ausgebildet ist, eine Bewegungsrichtung zu bestimmen und ein eine Information über die bestimmte Bewegungsrichtung enthaltendes Sensorsignal auszugeben.
Das Verfahren des vorhergehenden Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtstellwinkel (7) bestimmt wird, indem ein Stellwinkel eines Lenkgetriebes (8) ausgelesen wird.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des bestimmten Lenkradstellwinkels (3) über eine Zeitspanne hinweg oder sprunghaft reduziert wird.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren der Abweichung des bestimmten Lenkradstellwinkels (3) erfolgt, indem die aktive Lenkung mit einem zusätzlichen Lenkwinkel beaufschlagt wird.
Eine aktive Lenkung für ein Kraftfahrzeug (1), die aktive Lenkung aufweisend Mittel (11) zum Bestimmen eines Gesamtstellwinkels (7) des Kraftfahrzeuges (1), Mittel (10) zum Bestimmen eines Lenkradstellwinkels (3), Mittel (13) zum Bestimmen eines tatsächlichen Lenkwinkels und eine mit den Mitteln (10, 11, 13) verbundene Steuereinheit (12), die ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Ein Kraftfahrzeug (1) mit einer aktiven Lenkung gemäß dem vorhergehenden Anspruch.