DE102014200994A1

DE102014200994A1 - Lenkung und Verfahren zur Bestimmung eines resultierenden Unterstützungsmomentes für eine Lenkung

Info

Publication number: DE102014200994A1
Application number: DE102014200994.4A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dreyer; Luis Alberto Cisterna; Johannes Maria Schäfer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: DE102014200994B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens ein Steuergerät (4) mit einer Kennlinie (7) zur Umsetzung eines Handlenkmoments (MH) in ein Unterstützungsmoment (MÜ) sowie ein Modul (3) zur Generierung einer Lenkmomentenempfehlung (ME) einer Assistenzfunktion, wobei das Steuergerät (4) derart ausgebildet ist, dass das Handlenkmoment (MH) und die Lenkmomentenempfehlung (ME) gemeinsam über die Kennlinie (7) in ein Unterstützungsmoment (MÜ) umgesetzt werden, wobei das Steuergerät (4) derart ausgebildet ist, dass eine aktuelle Verstärkung (V) bestimmt wird, aus der ein Soll-Handmomentenoffset (MSOLL) und eine Soll-Querbeschleunigung (aY-SOLL) errechnet werden, wobei das Soll-Handmomentenoffset (MSOLL) mit dem Handlenkmoment (MH) über die Kennlinie (7) in ein erstes Unterstützungsmoment (MÜ1) umgesetzt wird, zu dem ein zweites Unterstützungsmoment (MÜ2) aus einem Querbeschleunigungsregler (12) addiert wird, mittels dessen eine Querbeschleunigung (aY) auf die Soll-Querbeschleunigung (aY-SOLL) geregelt wird, wobei die Summe aus erstem und zweitem Unterstützungsmoment (MÜ1, MÜ2) ein resultierendes Unterstützungsmoment (MÜ*) darstellt, sowie ein Verfahren zur Bestimmung eines resultierenden Unterstützungsmomentes (MÜ*) für eine Lenkung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Bestimmung eines resultierenden Unterstützungsmomentes für eine Lenkung.
Aus der DE 10 2008 040 592 A1 ist ein Verfahren zum Anpassen eines fahrdynamischen Regeleingriffs durch einen Lenkaktor im Lenksystem eines Fahrzeugs bekannt, wobei das Lenksystem eine Lenkhandhabe, eine Lenkwelle, ein Lenkgetriebe und ein Lenkgestänge zur Übertragung eines vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkels in einem Radlenkwinkel an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs aufweist, wobei der Lenkaktor ein Überlagerungslenkgetriebe zur Erzeugung eines Überlagerungslenkwinkels ist, der dem Lenkradwinkel überlagerbar ist, wobei zur Feststellung, ob der Fahrer die Lenkhandhabe mit einem ausreichend hohen Fahrermoment beaufschlagt, das Lenkmoment im Lenksystem gemessen und ein Signal zur Beeinflussung des Überlagerungslenkgetriebes erzeugt wird, wenn das gemessene Lenkmoment bzw. eine das gemessene Lenkmoment enthaltende Funktion einen Grenzwert unterschreitet. Dabei ist weiter ein elektrischer Servomotor als Lenkkraftunterstützungseinrichtung vorgesehen.
Aus der DE 10 2004 057 262 A1 ist ein Verfahren zur Deaktivierung eines die Lenkung beeinflussenden Fahrerassistenzsystems bekannt, bei dem durch das Fahrerassistenzsystem eine fahrerunabhängige Systemlenkgröße auf das Lenkrad angewandt wird. Weiter wird der Wert einer durch den Fahrer auf das Lenkrad angewandten Fahrerlenkgröße (z.B. das Handlenkmoment) ermittelt und abhängig von der Fahrerlenkgröße das Fahrerassistenzsystem deaktiviert. Das Fahrerassistenzsystem ist beispielsweise ein Spurhalteassistenzsystem.
Weiter ist es bekannt, bei Kraftfahrzeugen mit einer Lenkkraftunterstützungseinrichtung verschiedene Kennlinien zu verwenden. Die Kennlinie spiegelt dabei die Funktion zwischen eingegebenem Handlenkmoment und Unterstützungsmoment wieder. Die Auswahl der jeweiligen Kennlinie kann werkseitig durch den Fahrzeughersteller erfolgen. Des Weiteren sind verschiedene Assistenzfunktionen wie beispielsweise Fahrspurassistenzsysteme bekannt, die dem Fahrer eine Lenkmomentenempfehlung in bestimmten Fahrsituationen geben. Diese Lenkmomentenempfehlungen werden häufig als Offset auf das Handlenkmoment addiert und zusammen auf die Kennlinie gegeben. Zusätzlich wird dann meist dieser Offset noch mit einem Faktor multipliziert direkt auf das Unterstützungsmoment addiert. Mittels des Faktors kann dann sichergestellt werden, dass sich in bestimmten Situationen das Kraftfahrzeug gleich verhält, obwohl die Kennlinien unterschiedlich sind. So ist es beispielsweise in der Situation "hands off", wo also der Fahrer kein Handlenkmoment aufbringt, wünschenswert, dass das Offset-Signal die gleiche Lenkwirkung bewirkt. Dies hat aber zur Konsequenz, dass je nach verwendeter Kennlinie der Faktor zu bestimmen ist, d.h., dass eine geänderte Kennlinie einen Anpassungsbedarf bei den Assistenzfunktionen nach sich zieht.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Lenkung zu schaffen, bei der der Aufwand zur Anpassung der Assistenzfunktionen minimiert wird, sowie ein Verfahren zur Bestimmung eines resultierenden Unterstützungsmomentes zur Verfügung zu stellen.
Hierzu umfasst die Lenkung für ein Kraftfahrzeug mindestens ein Steuergerät mit einer Kennlinie zur Umsetzung eines Handlenkmomentes in ein Unterstützungsmoment sowie ein Modul zur Generierung einer Lenkmomentenempfehlung einer Assistenzfunktion, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass das Handlenkmoment und die Lenkmomentenempfehlung gemeinsam über die Kennlinie in ein Unterstützungsmoment umgesetzt werden. Das Steuergerät ist dabei derart ausgebildet, dass eine aktuelle Verstärkung bestimmt wird, aus der ein Soll-Handmomentenoffset und eine Soll-Querbeschleunigung errechnet werden, wobei das Soll-Handmomentenoffset mit dem Handlenkmoment über die Kennlinie in ein erstes Unterstützungsmoment umgesetzt wird. Auf dieses erste Unterstützungsmoment wird ein zweites Unterstützungsmoment aus einem Querbeschleunigungsregler addiert, wobei mittels des Querbeschleunigungsreglers eine Querbeschleunigung auf die Soll-Querbeschleunigung geregelt wird, wobei die Summe aus dem ersten und zweiten Unterstützungsmoment ein resultierendes Unterstützungsmoment darstellt. Der Querbeschleunigungsregler repräsentiert dabei den Zustand, wo der Fahrer die Hände nicht am Lenkrad hat, das Soll-Handmomentenoffset den Anteil mit Händen am Lenkrad. Da diese Größen aus der aktuellen Verstärkung immer neu berechnet werden, ist eine spezielle Anpassung aufgrund unterschiedlicher Kennlinien nicht notwendig.
In einer Ausführungsform ist das Steuergerät derart ausgebildet, dass zur Bestimmung der aktuellen Verstärkung in einem Abtastschritt eine geringere oder keine Lenkmomentenempfehlung über die Kennlinie geführt wird, um einen modifizierten Arbeitspunkt zu bestimmen, wobei aus einem aktuellen Arbeitspunkt mit Lenkmomentenempfehlung und dem modifizierten Arbeitspunkt durch Linearisierung die aktuelle Verstärkung bestimmt wird. Der dabei auftretende Fehler aufgrund der Linearisierung ist dabei im Regelfall vernachlässigbar, wenn die Lenkmomentenempfehlung nicht zu groß ist.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Abtastung zyklisch mit einer Abtastfrequenz von beispielsweise 20–100 Hz, vorzugsweise 50 Hz. Da die Abtastung relativ schnell ist und anschließend die Lenkmomentenempfehlung wieder zugeschaltet wird, wird die kurzzeitige Reduzierung oder das kurzzeitige Abschalten der Lenkmomentenempfehlung aufgrund der Trägheit des Systems vom Fahrzeugführer nicht wahrgenommen. Vorzugsweise erfolgt die Abtastung nur, wenn auch durch das Modul der Assistenzfunktion eine Lenkmomentenempfehlung generiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Querbeschleunigungsregler als PI-Regler ausgebildet, was eine schnelle und genaue Regelung ermöglicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzelnen Figuren zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild einer Lenkung für ein Kraftfahrzeug,
2 ein schematisches Blockschaltbild zur Ermittlung eines resultierenden Unterstützungsmoments (nicht erfindungsgemäß) und
3 ein schematisches Blockschaltbild zur erfindungsgemäßen Ermittlung eines resultierenden Unterstützungsmoments.
In der 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Lenkung 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Die Lenkung umfasst einen Drehmomentsensor 2, ein Modul 3 zur Generierung einer Lenkmomentenempfehlung M_E, ein Steuergerät 4 und einen Aktor 5, der beispielsweise als elektrischer Servomotor ausgebildet ist. Mittels des Drehmomentsensors 2 wird ein vom Fahrer auf eine nicht dargestellte Lenkhandhabe aufgebrachtes Handlenkmoment M_H erfasst und an das Steuergerät übermittelt. Ebenso wird die Lenkmomentenempfehlung M_E an das Steuergerät 4 übermittelt. Dabei sei angemerkt, dass das Modul 3 auch in das Steuergerät 4 integriert sein kann. In Abhängigkeit einer im Steuergerät 4 abgelegten Kennlinie werden dann das Handlenkmoment M_H und die Lenkmomentenempfehlung M_E in ein Unterstützungsmoment M_Ü umgesetzt. Das Steuergerät 4 ermittelt dann beispielsweise einen zugehörigen Strom für den elektrischen Servomotor, der dann von einer Leistungselektronik geliefert wird. Daher liegt genau genommen das Unterstützungsmoment M_Ü am Ausgang des Aktors 5 an, wobei nachfolgend zur Vereinfachung angenommen wird, dass das Steuergerät 4 am Ausgang bereits das Unterstützungsmoment M_Ü zur Verfügung stellt.
In der 2 ist nun dargestellt, wie diese Umsetzung in dem Steuergerät 4 gemäß dem Stand der Technik erfolgt, um dann anschließend die erfindungsgemäße Umsetzung anhand von 3 zu erläutern.
Das Handlenkmoment M_H und die Lenkmomentenempfehlung M_E werden in einem Addierer 6 addiert und gemeinsam auf eine Kennlinie 7 gegeben, wobei das Ergebnis das Unterstützungsmoment M_Ü darstellt. Aufgrund der Tatsache, dass die jeweiligen Kennlinien für Fahrzeuge unterschiedlich ausgelegt werden können (beispielsweise um ein größeres Unterstützungsmoment zur Verfügung zu stellen), andererseits das Fahrzeug ein reproduzierbares Verhalten haben soll, wird zusätzlich die Lenkmomentenempfehlung M_E mit einem Faktor K multipliziert und über einen Addierer 8 auf das Unterstützungsmoment M_Ü addiert, wobei das Ergebnis als resultierendes Unterstützungsmoment M_Ü* bezeichnete wird. Durch entsprechende Anpassung des Faktors K kann dann beispielsweise im "hands off" Betrieb (M_H = 0) die unterschiedliche Verstärkung der Kennlinie ausgeglichen werden, sodass das resultierende Unterstützungsmoment M_Ü* reproduzierbar für alle Fahrzeuge gleich ist. Es ist also für jede Kennlinie 7 ein passender Faktor K zu ermitteln.
In der 3 ist nun dargestellt, wie erfindungsgemäß das resultierende Unterstützungsmoment M_Ü* ermittelt wird. Dabei werden wieder das Handlenkmoment M_H und die Lenkmomentenempfehlung M_E auf einen Addierer 9 gegeben und auf die Kennlinie 7 geführt. Dabei ist jedoch vorgesehen, dass in einem zyklischen Abtastschritt A mit einer Abtastfrequenz f die Lenkmomentenempfehlung M_E weggeschaltet wird. Dieser Abtastschritt A wird dabei derart kurz gewählt, dass die Abschaltung der Lenkmomentenempfehlung M_E aufgrund der mechanischen Trägheit der Lenkung 1 nicht wahrnehmbar ist. Aufgrund der Abschaltung der Lenkmomentenempfehlung M_E stellt sich ein modifizierter Arbeitspunkt AP* ein. Zwischen dem aktuellen Arbeitspunkt AP (M_H + M_E) und dem modifizierten Arbeitspunkt AP* (M_H) wird eine Gerade gelegt, deren Steigung der aktuellen Verstärkung V entspricht. Aus der aktuellen Verstärkung V wird dann über eine Kennlinie 10, 11 ein Soll-Handmomentenoffset M_SOLL und eine Soll-Querbeschleunigung a_Y-SOLL bestimmt, die jeweils zur aktuellen Verstärkung V passen.
Die so ermittelte Soll-Querbeschleunigung a_Y-SOLL wird mit der aktuellen Querbeschleunigung a_Y auf einen Querbeschleunigungsregler 12 gegeben, der beispielsweise als PI-Regler ausgebildet ist. Das aus der aktuellen Verstärkung berechnete Soll-Handmomentenoffset M_SOLL wird über einen Addierer 13 auf das Handmoment M_H addiert und auf die Kennlinie 7 geführt. Das Ergebnis ist ein erstes Unterstützungsmoment M_Ü1, auf das ein zweites Unterstützungsmoment M_Ü2 in einem Addierer 14 aufaddiert wird. Das zweite Unterstützungsmoment M_Ü2 ist dabei das Ausgangssignal des Querbeschleunigungsreglers 12. Das Ergebnis ist dann das resultierende Unterstützungsmoment M_Ü*, das dann über den Aktor 5 (siehe 1) umgesetzt wird. Aufgrund der jeweils aktuellen Berechnung der Verstärkung V ist keine Anpassung im Vorfeld notwendig, sondern die Lenkung passt sich selbst im Betrieb in Echtzeit an.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008040592 A1 [0002]
DE 102004057262 A1 [0003]

Claims

Lenkung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens ein Steuergerät (4) mit einer Kennlinie (7) zur Umsetzung eines Handlenkmoments (M_H) in ein Unterstützungsmoment (M_Ü) sowie ein Modul (3) zur Generierung einer Lenkmomentenempfehlung (M_E) einer Assistenzfunktion, wobei das Steuergerät (4) derart ausgebildet ist, dass das Handlenkmoment (M_H) und die Lenkmomentenempfehlung (M_E) gemeinsam über die Kennlinie (7) in ein Unterstützungsmoment (M_Ü) umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) derart ausgebildet ist, dass eine aktuelle Verstärkung (V) bestimmt wird, aus der ein Soll-Handmomentenoffset (M_SOLL) und eine Soll-Querbeschleunigung (a_Y-SOLL) errechnet werden, wobei das Soll-Handmomentenoffset (M_SOLL) mit dem Handlenkmoment (M_H) über die Kennlinie (7) in ein erstes Unterstützungsmoment (M_Ü1) umgesetzt wird, zu dem ein zweites Unterstützungsmoment (M_Ü2) aus einem Querbeschleunigungsregler (12) addiert wird, mittels dessen eine Querbeschleunigung (a_Y) auf die Soll-Querbeschleunigung (a_Y-SOLL) geregelt wird, wobei die Summe aus erstem und zweitem Unterstützungsmoment (M_Ü1, M_Ü2) ein resultierendes Unterstützungsmoment (M_Ü*) darstellt.
Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) derart ausgebildet ist, dass zur Bestimmung der aktuellen Verstärkung (V) in einem Abtastschritt (A) eine geringere oder keine Lenkmomentenempfehlung (M_E) über die Kennlinie (7) geführt wird, um einen modifizierten Arbeitspunkt (AP*) zu bestimmen, wobei aus einem aktuellen Arbeitspunkt (AP) mit Lenkmomentenempfehlung (M_E) und dem modifizierten Arbeitspunkt (AP*) durch Linearisierung die aktuelle Verstärkung (V) bestimmt wird.
Lenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung (A) zyklisch mit einer Abtastfrequenz (f) erfolgt.
Lenkung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querbeschleunigungsregler (12) als PI-Regler ausgebildet ist.
Verfahren zur Bestimmung eines resultierenden Unterstützungsmomentes (M_Ü*) für eine Lenkung (1) eines Kraftfahrzeugs, mittels mindestens eines Steuergeräts (4) mit einer Kennlinie (7) zur Umsetzung eines Handlenkmoments (M_H) in ein Unterstützungsmoment (M_Ü) sowie ein Modul (3) zur Generierung einer Lenkmomentenempfehlung (M_E) einer Assistenzfunktion, wobei in dem Steuergerät (4) das Handlenkmoment (M_H) und die Lenkmomentenempfehlung (M_E) gemeinsam über die Kennlinie (7) in ein Unterstützungsmoment (M_Ü) umgesetzt werden, wobei das Steuergerät (4) eine aktuelle Verstärkung (V) bestimmt, aus der ein Soll-Handmomentenoffset (M_SOLL) und eine Soll-Querbeschleunigung (a_Y-SOLL) errechnet werden, wobei das Soll-Handmomentenoffset (M_SOLL) mit dem Handlenkmoment (M_H) über die Kennlinie (7) in ein erstes Unterstützungsmoment (M_Ü1) umgesetzt wird, zu dem ein zweites Unterstützungsmoment (M_Ü2) aus einem Querbeschleunigungsregler (12) addiert wird, mittels dessen eine Querbeschleunigung (a_Y) auf die Soll-Querbeschleunigung (a_Y-SOLL) geregelt wird, wobei die Summe aus erstem und zweitem Unterstützungsmoment (M_Ü1, M_Ü2) das resultierende Unterstützungsmoment (M_Ü*) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der aktuellen Verstärkung (V) in einem Abtastschritt (A) eine geringe oder keine Lenkmomentenempfehlung (M_E) über die Kennlinie (7) geführt wird, um einen modifizierten Arbeitspunkt (AP*) zu bestimmen, wobei aus einem aktuellen Arbeitspunkt (AP) mit (Lenkmomentenempfehlung M_E) und dem modifizierten Arbeitspunkt (AP*) durch Linearisierung die aktuelle Verstärkung (V) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastschritte (A) zyklisch mit einer Abtastfrequenz (f) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Querbeschleunigung mittels einer PI-Regelung erfolgt.