DE102015005124A1

DE102015005124A1 - Verfahren zur Steuerung eines Lenkaktuators eines Lenksystems eines Fahrzeugs, Lenksystem und Fahrzeug mit einem solchen Lenksystem

Info

Publication number: DE102015005124A1
Application number: DE102015005124.5A
Authority: DE
Inventors: Anton Weldin; David Weldin
Original assignee: Individual
Current assignee: Mese GbR Vertretungsberechtigter Gesellschaft De
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Lenkaktuators eines Lenksystems mit einem Lenkeingabegerät und mit variabler Lenkübersetzung in einem Fahrzeug, wobei zur Ermittlung der gewünschten Lenkbewegung eine auf das Lenkeingabegerät aufgebrachte Lenkeingabe erfasst wird und ein Eingabewert (x) ermittelt wird, in Abhängigkeit von dem ermittelten Eingabewert (x) anhand einer vordefinierten Sollwertkurve (ASoll = f(x)) ein Sollwert (ASoll) ermittelt wird und der Lenkaktuator mit diesem Sollwert (ASoll) zur Einstellung einer Sollgröße (RLW) und damit zur Umsetzung der gewünschten Lenkbewegung angesteuert wird, wobei die Sollwertkurve (ASoll = f(x)), anhand derer der Sollwert (ASoll) ermittelt wird, mit dem der Lenkaktuator angesteuert wird, durch eine Basisfunktion (fBasis(x)) definiert ist, die über den Lenkeingabebereich einer Lenkrichtung (= {xmin ... 0},= {0 ... xmax}) aus wenigstens zwei Basis-Sollkurvensegmentenzusammengesetzt ist, wobei die einzelnen Basis-SollkurvensegmenteParabelsegmente sind und derart tangential ineinander übergehen, dass sich ein harmonischer, polstellenfreier Sollwertkurvenverlauf ergibt. Ferner betrifft die Erfindung ein zur Durchführung des Verfahrens ausgebildetes Lenksystem sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Lenksystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Lenkaktuators eines Lenksystems mit einem Lenkeingabegerät mit variabler Lenkübersetzung in einem Fahrzeug, vorzugsweise zur Steuerung eines Steer-by-wire-Lenksystems, insbesondere zur Steuerung eines Lenksystems mit einem Joystick als Lenkeingabegerät, wobei das Lenkeingabegerät dazu ausgebildet ist, eine von einem Fahrzeugführer gewünschte Lenkbewegung zu ermitteln und wobei der Lenkaktuator dazu ausgebildet ist, die gewüschte Lenkbewegung umzusetzen, wobei in einem ersten Schritt zur Ermittlung der gewünschten Lenkbewegung eine auf das Lenkeingabegerät aufgebrachte Lenkeingabe erfasst wird und daraus ein Eingabewert ermittelt wird, in einem zweiten Schritt in Abhängigkeit von dem ermittelten Eingabewert anhand einer vordefinierten Sollwertkurve ein Sollwert ermittelt wird und in einem dritten Schritt der Lenkaktuator mit diesem Sollwert zur Einstellung einer Sollgröße und damit zur Umsetzung der gewünschten Lenkbewegung angesteuert wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Lenksystem mit variabler Lenkübersetzung mit einem Lenkeingabegerät und einem Lenkaktuator sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Lenksystem, insbesondere ein Behindertenfahrzeug, wobei das Lenksystem vorzugsweise ein Steer-by-Wire-Lenksystem ist, insbesondere ein Lenksystem mit einem Joystick als Lenkeingabegerät.
Gattungsgemäße Verfahren sowie entsprechend ausgebildete Lenksysteme sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, auch Steer-by-Wire-Lenksysteme, Lenksysteme mit einem Joystick als Lenkeingabegerät sowie Steer-by-Wire-Systeme mit einem Joystick als Lenkeingabegerät. Steer-by-Wire-Lenksysteme sind dabei grundsätzlich für alle Arten von Fahrzeugen geeignet, d. h. für Luft-, Wasser- und Landfahrzeuge, wobei Steer-by-Wire-Lenksysteme besonders vorteilhaft in Flugzeugen und Baumaschinen eingesetzt werden können. Häufig ist das Lenkeingabegerät dabei auch als Joystick oder Steuerknüppel ausgebildet.
Steer-by-Wire-Lenksysteme, insbesondere mit einen Joystick als Lenkeingabegerät, werden außerdem bevorzugt in Behindertenfahrzeugen eingesetzt, d. h. in speziell für behinderte Menschen angepassten Fahrzeugen, wie beispielsweise in elektrischen Rollstühlen oder in speziell an die Bedürfnisse behinderter Menschen angepassten Kraftfahrzeugen, da mittels der By-Wire-Technologie eine besonders einfache Anpassung eines Fahrzeugs an die Bedürfnisse eines körperlich behinderten Fahrzeugführers realisierbar ist. Die Verwendung eines Joysticks als Lenkeingabegerät ist dabei in vielen Fällen von zentraler Bedeutung, da die Menschen, für die derartige Fahrzeuge vorgesehen sind, in der Regel aufgrund ihrer Behinderung nicht in der Lage sind ein herkömmliches Lenkrad zu bedienen.
Gattungsgemäße Lenksysteme bzw. Fahrzeuge mit solchen Lenksystemen weisen dabei häufig eine variable Lenkübersetzung auf, beispielsweise eine geschwindigkeitsabhängige Lenkübersetzung. D. h. die Lenkübersetzung zwischen einer aufgebrachten Lenkeingabe und einer tatsächlich umgesetzten Lenkbewegung ist variabel und nicht konstant, insbesondere unterschiedlich für verschiedene Fahrsituationen und beispielsweise abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Dabei ist es unter anderem von der Lenkübersetzung an sich, d. h. von dem absoluten Verhältnis von Lenkeingabe zu Lenkbewegung, als auch vom Verlauf der Lenkübersetzung abhängig, ob das Fahrgefühl, das ein Fahrzeugführer beim Fahren eines Fahrzeugs erlebt, als angenehm, insbesondere als sicher und komfortabel, oder als unsicher und unkomfortabel und damit als unangenehm empfunden wird.
Gemäß der DE 10 2009 014 392 A1 kann mit einem gattungsgemäßen Lenksystem mit variabler Lenkübersetzung ein besonders angenehmes Lenkgefühl erreicht werden, wenn das globale Lenkübersetzungsverhältnis aus einem Lenkwinkel eines Lenkrades zu einem Radeinschlagwinkel oder das lokale Übersetzungsverhältnis aus der Veränderung des Lenkwinkels zu der Veränderung des Radeinschlagswinkels von einer Mittellage des Lenkrades hin zu größeren Lenkwinkeln abnimmt und der Verlauf der Lenkübersetzung in einem ersten Lenkwinkelbereich um die Mittellage durch eine Funktion zweiten oder höheren Grades beschrieben ist und in einem sich daran anschließenden, zweiten Lenkwinkelbereich durch eine lineare Funktion. In einigen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, in einem dritten, sich nach außen an den zweiten Lenkwinkelbereich anschließenden Lenkwinkelbereich einen Lenkübersetzungsverlauf vorzusehen, der durch eine abfallende e-Funktion oder ein höhergradiges Polynom beschrieben ist.
Aus der DE 10 2007 053 818 A1 , welche ein Verfahren zum Betrieb eines gattungsgemäßen Lenksystems mit variabler Lenkübersetzung betrifft, ist ferner bekannt, den Sollwert, mit dem der Lenkaktuator zur Einstellung der Sollgröße angesteuert wird, in diesem Fall ein Stellwinkel, nicht nur in Abhängigkeit von einem über ein Lenkrad aufgebrachten Eingabewert zu ermitteln, sondern zusätzlich weitere Größen, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit oder den aktuellen Stellwinkel des Lenkaktuators zu berücksichtigen. Darüber hinaus ist offenbart, dass es in einigen Fahrsituationen vorteilhaft sein kann, den Stellwinkel, d. h. den Sollwert, mit dem der Lenkaktuator angesteuert wird, durch die Addition eines sogenannten Korrekturwinkels bzw. Kompensationswinkels auf einen Basisstellwinkel zu korrigieren.
Eine besondere Bedeutung kommt der Lenkübersetzung eines Lenksystems dabei in Behindertenfahrzeugen zu, insbesondere in den Fällen, in denen als Lenkeingabegerät ein Joystick vorgesehen ist. Denn insbesondere die Bedienung eines Joysticks erfordert aufgrund der kurzen Lenkwege gute feinmotorische Fähigkeiten, über welche jedoch gerade körperlich behinderte Menschen häufig aufgrund ihrer Behinderung nicht oder nicht mehr in dem erforderlichen Maß verfügen, so dass die Lenkübersetzung keinesfalls zu direkt sein darf. Zu indirekt darf die Lenkübersetzung jedoch auch nicht gewählt werden, da die Fahrzeugreaktion ansonsten möglicherweise als unangemessen verzögert auf die Lenkeingabe wahrgenommen wird, was die Fahrzeugbeherrschung ebenfalls erschwert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur Steuerung eines Lenkaktuators eines gattungsgemäßen Lenksystems in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise zur Steuerung eines Steer-by-Wire-Lenksystems mit einem Joystick als Lenkeingabegerät bereitzustellen, mit dem ein angenehmes Fahrgefühl erreicht werden kann und das insbesondere auch körperbehinderten Menschen ein angenehmes Fahren ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechend ausgebildetes Lenksystem sowie ein entsprechend ausgebildetes Fahrzeug bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Lenksystem mit den Merkmalen von Anspruch 17 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 18. Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Selbstverständlich können die lediglich im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale dabei auch bei einem erfindungsgemäßen Lenksystem und/oder einem erfindungsgemäßen Fahrzeug verwirklicht sein und umgekehrt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertkurve, anhand derer der Sollwert ermittelt wird mit dem der Lenkaktuator angesteuert wird, von einer aus mehreren Basis-Sollkurvensegmenten zusammengesetzten Basisfunktion abhängt, die über den Lenkeingabebereich einer Lenkrichtung aus wenigstens zwei Basis-Sollkurvensegmenten zusammengesetzt ist, die Parabelsegmente sind und derart tangential ineinander übergehen, dass sich ein harmonischer, polstellenfreier Sollwertkurvenverlauf ergibt.
Um die vom Fahrzeugführer gewünschte Lenkbewegung zu ermitteln, kann wenigstens für eine Lenkrichtung, vorzugsweise für zwei Lenkrinchtungen, insbesondere für zwei entgegengesetzte Lenkrichtungen, eine vom Fahrzeugführer auf das Lenkeingabegerät aufgebrachte Lenkeingabe erfasst werden. Dazu kann das Lenkeingabegerät vorzugsweise entsprechend bewegt werden, besonders bevorzugt korrelierend zu einer gewünschten Lenkbewegung und insbesondere innerhalb eines definierten Lenkeingabebereichs, d. h. beispielsweise maximal bis zu einem linken Anschlag nach links für eine gewünschte Lenkbewegung nach links und maximal bis zu einem rechten Anschlag nach rechts für eine gewünschte Lenkbewegung nach rechts, wobei die Bewegung des Lenkeingabegerätes mittels entsprechender Sensorik erfasst wird. Aus der vom Fahrzeugführer auf das Lenkeingabegerät aufgebrachten und erfassten Lenkeingabe, d. h. vorzugsweise aus der erfassten Bewegung, lässt sich dann der Eingabewert ermitteln, in dessen Abhängigkeit der Sollwert zur Ansteuerung des Lenkaktuators bestimmt werden kann, um die gewüschte Sollgröße, d. h. die gewünschte Lenkbewegung, einzustellen.
Dabei kann das Lenksystem, insbesondere das Lenkeingabegerät, selbstverständlich auch zur Erfassung weiterer Fahrerwünsche ausgebildet sein, wie beispielsweise zur Erfassung einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit. D. h. das Lenksystem kann zusätzlich auch zur Erfassung weiterer Fahrereingaben ausgebildet sein, wobei das Lenksystem dazu entweder wenigstens ein zusätzliches Eingabegerät aufweist, und/oder das Lenkeingabegerät des Lenksystems ist derart ausgebildet, dass mit dem Lenkeingabegerät weitere Eingabewerte erfasst werden können.
Ist das Lenkeingabegerät beispielsweise ein Joystick, ist der Joystick vorzugsweise derart ausgebildet, dass durch ein Bewegen des Joysticks nach links und/oder rechts eine gewünschte Lenkbewegung erfasst werden kann und insbesondere durch ein Bewegen nach oben und/oder unten eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. eine gewünschte Beschleunigung und/oder Verzögerung. Die zugehörige Sollgröße wäre in diesem Fall beispielsweise eine Gaspedalstellung und/oder ein Bremsdruck.
Das Lenkeingabegerät ist bevorzugt ein Lenkrad, ein Steuerknüppel, ein Joystick, eine Lenkstange oder ein Lenkschieber, wobei sich die vorgenannten Lenkeingabegeräte vor allen Dingen in der zu ihrer Bedienung, insbesondere in der zum Vorgeben einer gewünschten Lenkbewegung, erforderlichen Bewegung unterscheiden. D. h. je nach Lenkeingabegerät ist eine spezifische Bewegung durch den Fahrzeugführer erforderlich, um die gewünschte Lenkbewegung vorzugeben, d. h. die Lenkeingabe aufzubringen.
Für Behindertenfahrzeuge haben sich insbesondere Joysticks, sowohl Einhand-Joysticks als auch Zweihand-Joysticks und herkömmliche Lenkräder sowie sogenannte Mini-Lenkräder, insbesondere mit einem Knauf oder dergleichen, als geeignet erwiesen. Je nach Lenkeingabegerät ist der Eingabewert somit bevorzugt ein Lenkweg, ein Lenkwinkel oder eine Kombination daraus. Selbstverständlich sind auch andere, übliche Eingabegeräte als Lenkeingabegerät denkbar.
Bevorzugt ist der ermittelte Eingabewert, aus dem anhand der vordefinierten Sollwertkurve der Sollwert zur Ansteurung des Lenkaktuators ermittelt wird, dabei eine skalierte Größe, vorzugsweise eine prozentual skalierte Größe, insbesondere bezogen auf den zur Verfügung stehenden Lenkweg des Lenkeingabegerätes, wobei der Eingabewert dabei besonders bevorzugt auf den jeweils für eine Lenkrichtung zur Verfügung stehenden Lenkweg skaliert ist. D. h. bevorzugt gibt der ermittelte Eingabewert den Anteil des zurückgelegten Lenkweges vom gesamten Lenkweg des Lenkeingabegerätes in der jeweiligen Lenkrichtung in Prozent wieder. Zur Unterscheidung der Lenkrichtung ist es vorteilhaft, insbesondere bei nur zwei Lenkrichtungen, beispielsweise rechts und links, einer der Lenkrichtungen ein negatives Vorzeichen zuzuordnen. D. h der Betrag des Eingabewerts kann bevorzugt Werte zwischen 0% und 100% annehmen, wobei der Eingabewert dabei vorzugsweise für jede Lenkrichtung betragsmäßige Werte von 0% bis 100% annehmen kann, d. h. bei zwei Lenkrichtungen insbesondere Werte von –100% bis 0% für die eine Lenkrichtung und 0% bis 100% für die andere Lenkrichtung.
Der Lenkaktuator des Lenksystems, der dazu ausgebildet ist, das elektrische Steuersignal mit dem Sollwert, mit welchem er angesteuert wird, in eine mechanische Lenkbewegung umzusetzen und die Sollgröße in Abhängigkeit vom Sollwert einzustellen, weist bevorzugt eine Antriebseinrichtung sowie entsprechende mechanische, kinematisch mit der Antriebseinreichtung gekoppelte Komponenten auf, mit welchen die Lenkbewegung mechanisch umgesetzt werden kann. Besonders bevorzugt werden die mechanischen Komponenten dabei mit Unterstützung der Antriebseinrichtung, d. h. zumindest teilweise mittels der Antriebseinrichtung, oder sogar vollständig durch die Antriebseinrichtung bewegt, um die gewünschte Lenkbewegung auszuführen.
Bevorzugt ist die Antriebseinrichtung des Lenkaktuators dabei eine elektromechanische Antriebseinrichtung, sie kann aber selbstverständlich auch elektrohydraulisch, rein hydraulisch, pneumatisch oder dergleichen ausgebildet sein. Der Sollwert zur Ansteuerung des Lenkaktuators kann dabei je nach Art des Lenkaktuators bzw. je nach Antriebseinrichtung beispielsweise ein Sollwert für eine elektrische Spannung, einen hydraulischen oder pneumatischen Druck oder eine vergleichbare physikalische Größe sein.
Bei den mechanischen Komponenten, welche kinematisch mit der Antriebseinrichtung gekoppelt sind und welche für die Umsetzung der eigentlichen Lenkbewegung bewegt werden, handelt es sich bevorzugt jeweils um die üblicherweise lenkbaren Komponenten eines Fahrzeugs, wobei der Begriff Fahrzeug hierbei nicht einschränkend auf Kraftfahrzeuge zu verstehen ist, sondern sämtliche Land-, Wasser- und Luftfahrzeuge einschließt, d. h. neben Kraftfahrzeugen auch Baumaschinen, beispielsweise Bagger, Hubschrauber, Flugzeuge und Schiffe, insbesondere Behindertenfahrzeuge auf PKW-Basis, auch elektrische Rollstühle. Die üblichen lenkbaren Komponenten sind dabei im Fall eines Kraftfahrzeugs beispielsweise unter anderem das Lenksgestänge und die lenkbaren Räder einer Achse, bei einem Flugzeug zum Beispiel das Höhen-, Seiten- und/oder Querruder und bei einem Bagger beispielsweise die angetriebenen Achsen und der Baggerarm mit dem daran angeordneten Anbaugerät zum Beispiel eine Baggerschaufel.
Die erfindungsgemäße Sollwertkurve bzw. der erfindungsgemäße Sollwertkurvenverlauf gelten dabei vorzugsweise für ein lineares Verhalten von Sollwert zu Sollgröße, d. h. sie gelten bevorzugt für ein lineares Systemverhalten des Lenkaktuators. Bei der Steuerung eines Lenkaktuators mit nichtlinearem Systemverhalten kann es daher erforderlich sein, um den für das gewünschte, angenehme Fahrgefühl erforderlichen Lenkübersetzungsverlauf zu erhalten, die Sollwertkurve mittels einer entsprechenden Korrekturfunktion anzupassen, um die vorhandenen Nichtlinearitäten zu kompensieren.
Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren dabei zur Steuerung eines Steer-by-Wire-Lenksystems ausgebildet, wobei unter einem Steer-by-Wire-Lenksystem im Sinne dieser Anmeldung ein Lenksystem mit einem Lenkeingabegerät und einem Lenkaktuator verstanden wird, bei welchen ein Lenkbefehl von einem Sensor ausschließlich elektrisch zum Lenkaktuator weitergleitet wird. D. h. ein Steer-by-Wire-Lenksystem ist ein Lenksystem, welches charakteristischerweise keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkeingabegerät und dem Lenkaktuator aufweist, insbesondere kein mechanisches Getriebe zwischen Lenkeingabegerät und Lenkaktuator.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei besonders zur Steuerung eines Lenkaktuators eines Lenksystems mit einem Joystick oder einem Steuerknüppel oder dergleichen geeignet, da mit dem erfindungsgemäßen Sollwertkurvenverlauf ein als sehr angenehm empfundener Lenkübersetzungsverlauf einstellbar ist. Der erfindungsgemäße Sollwertkurvenverlauf ermöglicht auch körperlich behinderten Menschen ein präzises und damit sicheres Lenken, so dass das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zu Steuerung eines Lenkaktuators eines Lenksystems eines Behindertenfahrzeugs geeignet ist.
Durch die tangentialen, harmonischen Übergänge ohne Polstellen ist ein harmonischer Kurvenverlauf der Sollwertkurve und somit auch der Sollgröße sichergestellt. Ein in der Regel als besonders verunsichernd und dadurch unangenehm empfundenes „Springen” der Sollgröße kann dadurch vermieden werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Sollwertkurvenverlaufs infolgedessen, auch bei im Vergleich zum Lenkrad nur kurzen zur Verfügung stehenden Lenkwegen, wie beispielsweise bei einem Joystick oder einem Steuerknüppel, ein sehr angenehmes Lenkgefühl, insbesondere ein sehr präzises und damit sicheres Lenkgefühl, erzeugt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist wenigstens ein Basis-Sollkurvensegment durch eine parametrierbare Funktion beschrieben. Bevorzugt können die Parameter zur Definition des Basis-Sollkurvensegmentes im Lenksystem hinterlegt werden und bei Bedarf angepasst werden. D. h. bevorzugt ist die Sollwertkurve eine sogenannte „bedatbare” Funktion, so dass im Rahmen der möglichen Parametervariationen eine Anpassung des Lenkverhaltens des Fahrzeugs an das gewünschte Lenkverhalten möglich ist. Dadurch kann auf einfache Art und Weise das Lenkverhalten des Fahrzeugs an die jeweiligen Bedürfnisse und Fähigkeiten des Fahrzeugführers angepasst werden, beispielsweise an die speziellen Einschränkungen eines körperbehinderten Fahrzeugführers.
Bei zwei Lenkrichtungen, insbesondere zwei entgegengesetzten Lenkrichtungen, ist die Sollwertkurve bevorzugt durch eine Basisfunktion definiert ist, die über den gesamten Lenkeingabebereich aus wenigstens vier Basis-Sollkurvensegmenten zusammengesetzt ist, wobei vorzugsweise jeder Lenkrichtung wenigstens zwei Basis-Sollkurvensegmente zugeordnet sind, insbesondere symmetrisch um eine Nullposition. D. h. bevorzugt wird der Abschnitt der Sollwertkurve einer Lenkrichtung jeweils durch zwei Basis-Sollkurvensegmente definiert, wobei sich die Nullposition besonders bevorzugt in der Mitte vom gesamten Lenkbereich befindet und die Lenkbereich der einzelnen Lenkrichtungen insbesondere gleich groß sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Sollwertkurve A_Soll = f(x) punktsymmetrisch zum Symmetriepunkt (x = 0; A_Soll = f(x = 0)). Dadurch kann bei zwei Lenkrichtungen ein symmetrisches Lenkverhalten in beide Lenkrichtungen erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist die Basisfunktion dabei aus wenigstens vier Parabelsegmenten, insbesondere aus vier Parabelsegmenten zweiter Ordnung, zusammengesetzt, wobei die Sollwertkurve, beginnend von einem kleinstmöglichen, d. h. minimalen, Eingabewert in Richtung eines größtmöglichen, d. h. maximalen Eingabewertes, im dritten Quadranten aus einem ersten, nach oben geöffneten Parabelsegment und einem sich daran anschließenden, zweiten, nach unten geöffneten Parabelsegment zusammengesetzt ist und im ersten Quadranten aus einem dritten, nach oben geöffneten Parabelsegment und einem sich daran anschließenden, vierten, nach unten geöffneten Parabelsegment.
Grundsätzlich besteht die Gefahr, dass durch die Bewegung des Fahrzeugs, beispielsweise durch Stöße beim Durchfahren von Schlaglöchern oder dergleichen, auftretende Fahrzeugbeschleunigungen, insbesondere auftretende Querbeschleunigungen, zu einer unerwünschten, insbesondere mitkoppelnden Lenkbewegung führen. Da sich derartige, störende Fahrzeugbeschleunigungen besonders um die Nulllage auswirken, wird bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lenksystemen die Lenkübersetzung um die Nulllage bzw. eine Mittellage, insbesondere bei hohen Fahrzeuggeschwindgkeiten, häufig eher indirekt gewählt mit einem flachen Ansteig bei zunehmender Lenkeingabe. Dies erfordert jedoch in der Regel, um mit dem zur Verfügung stehenden Lenkweg einen Stellbereich des Lenkaktuators und damit einen Stellbereich der Sollgröße vollständig ausnutzen zu können, bei größeren Lenkeingabewerten zum Ausgleich eine direktere Lenkübersetzung, d. h einen steileren Anstieg des Lenkübersetzungsverlaufs. Dies führt jedoch dazu, dass in einem Bereich größerer Lenkeingabewerte bereits kleine Lenkbewegungen eine starke Änderung des Sollwertes und damit der Sollgröße bewirken. D. h. die direkte Lenkübersetzung bei größeren Eingabewerten, welche zum Ausgleich der indirekten Übersetzung der Nulllage erforderlich ist, wenn der gesamte Stellbereich der Sollgröße ausgenutzt werden soll, führt dazu, dass im Bereich größerer Eingabewerte bereits kleine Lenkbewegungen eine deutliche Fahrzeugreaktion hervorrufen. Diese führt jedoch häufig zu einer Verunsicherung des Fahrers und erschwert ein präzises Lenken des Fahrzeugs, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten in engeren Kurven, wie z. B. in Kreisverkehren etc.. und erzeugt ein unangenehmes Fahrgefühl.
Mit einer vorbeschriebenen Sollwertkurve, welche beginnend von einem kleinstmöglichen, d. h. minimalen, Eingabewert in Richtung eines größtmöglichen, d. h. maximalen Eingabewertes, im dritten Quadranten aus einem ersten, nach oben geöffneten Parabelsegment und einem sich daran anschließenden, zweiten, nach unten geöffneten Parabelsegment zusammengesetzt ist und im ersten Quadranten aus einem dritten, nach oben geöffneten Parabelsegment und einem sich daran anschließenden, vierten, nach unten geöffneten Parabelsegment, kann dieser Zielkonflikt jedoch vorteilhaft gelöst werden, insbesondere mit Parabelsegmenten zweiter Ordnung.
Als vorteilhaft hat sich dabei für zwei Lenkrichtungen, z. B. rechts und links, wobei vorzugsweise Eingabewerte < 0 eine Lenkeingabe nach links beschreiben und Eingabewerte > 0 eine Lenkeingabe nach rechts, eine Basisfunktion f_Basis(x) herausgestellt, welche folgendermaßen definiert ist:
wobei
die Menge aller mittels des Lenkeingabegerätes aufbringbaren Eingabewerte x ist und x_min, x ' / 2, x ' / 1, x₁, x₂, x_max die Bereichsgrenzen der einzelnen Abschnitte der Basis-Sollkurvensegmente
definieren, wobei jeweils p, Sx, Sy sowie die Wahl der Bereichsgrenzen der einzelnen Abschnitte der Basis-Sollkurvensegmente
die einstellbaren Parameter zur Anpassung der Funktion sind, wobei vorzugsweise gilt x ' / 1 ≤ 0 und x ' / 2 < 0 und x₁ ≥ 0 und x₂ > 0 und wobei gilt
Besonders bevorzugt ist die Basisfunktion f_Basis(x) folgendermaßen definiert:
wobei y_min bzw. y_max der minimal bzw. maximal mögliche Sollwert A_Soll ist, mit dem der Lenkaktuator bei dem zugehörigen minimalen bzw. maximalen Eingabewert x_min bzw. x_max angesteuert werden soll, wobei jeweils p sowie die Wahl der Bereichsgrenzen der einzelnen Abschnitte der Basis-Sollkurvensegmente die einstellbaren Parameter zur Anpassung der Funktion sind, wobei vorzugsweise gilt x ' / 1 ≤ 0 und x ' / 2 < 0 und x₁ ≥ 0 und x₂ > 0 und wobei vorzugsweise gilt x_min = –x_max und/oder y_min = –y_max und/oder x₁ = –x ' / 1 und/oder x₂ = –x ' / 2.
Besonders bevorzugt weisen die Parameter p dabei jeweils den gleichen Betrag auf, d. h. besonders bevorzugt gilt p_III-1 = p_III-2 = p_I-1 = p_I-2.
Besonders bevorzugt definiert wenigstens ein Basis-Sollkurvensegment ein Totband, wobei das Basis-Sollkurvensegment, welches das Totband definiert, vorzugsweise einem Bereich um die Nullposition des Lenkeingabegerätes zugeordnet ist und somit ein Totband um die Nullposition definiert, wobei das Basis-Sollkurvensegment insbesondere ein um die Nulllage symmetrisches Totband definiert. Durch das Totband kann die Unempfindlichkeit gegen störende Fahrzeugbeschleunigungen um die Nulllage noch weiter verbessert werden.
Bevorzugt ist der Sollwertkurvenverlauf dabei im Bereich des Totbands konstant. Besonders bevorzugt erstreckt sich das Totband dabei in eine Lenkrichtung über einen Bereich von etwa 1% bis 10% des Lenkweges dieser Lenkrichtung, ausgehend von der Nulllage, vorzugsweise über einen Bereich von 3% bis 5%, insbesondere über einen Bereich von 4%.
Eine besonders vorteilhafte Sollwertkurve ist aus fünf Basis-Sollkurvensegmenten zusammengesetzt, wobei die Sollwertkurve zwischen dem zweiten, nach unten geöffneten Parabelsegment und dem dritten, nach oben geöffneten Parabelsegment ein Basis-Sollkurvensegment aufweist, das ein Totband definiert.
Dabei ist eine aus fünf Basis-Sollkurvensegmenten zusammengesetzte Basisfunktion f_Basis(x) vorzugsweise folgendermaßen definiert:
mit x₁, x ' / 1 ≠ 0.
Als besonders vorteilhaft hat sich insbesondere eine Basisfunktion f_Basis(x) herausgestellt, welche tangential zu einer horizontalen Tangente in die Nullposition und/oder in wenigstens einen Endpunkt des Totbands und/oder in wenigstens einen Endpunkt am Ende des Lenkeingabebereichs einläuft. D. h. besonders bevorzugt gilt:
mit x₁, x ' / 1 ≠ 0.
Mit anderen Worten gilt bevorzugt f ' / Basis(x = 0) = 0 und/oder f ' / Basis(x = x_max, x_min) = 0 und/oder f ' / Basis(x = x₁, x ' / 1) = 0, wobei bevorzugt gilt: Sy_III-1 = 0 und/oder Sy_I-1 = 0. Dies ermöglicht aufgrund eines flachen Anstiegs der Basisfunktion um die Nulllage herum, d. h. aufgrund des flachen Gradienten der Basisfunktion um die Nulllage herum, einen flachen Anstieg des Sollwertkurvenverlaufs und damit trotz kurzer Bedienwege ein besonders präzises Lenken, vor allem um die Nulllage und/oder den Endpunkt herum.
Bevorzugt ist ein Betrag einer Steigung |f ' / Basis(x)| der Basisfunktion f_Basis(x) in wenigstens einem Übergangspunkt zwischen zwei benachbarten Basis-Sollkurvensegmenten ≤ 1. D. h bevorzugt gilt |f ' / Basis(x ' / 2, x ' / 1, x₁, x₂)| ≤ 1. Dadurch kann eine gute Führung, d. h. ein gut beherrschbares Lenkverhalten erreicht werden. Insbesondere kann dadurch sichergestellt werden, dass die Steigung im betreffenden Übergangspunkt kleiner ist als die Steigung einer 45°-Geraden, welche bei vielen, aus dem Stand der Technik bekannten Lenksystemen die Sollwertkurve definiert.
Vorzugsweise ist der Betrag einer Steigung |f ' / Basis(x)| der Basisfunktion f_Basis(x) in einem Übergangspunkt zwischen einem ein Totband bildenden Basis-Sollkurvensegment und einem benachbarten, daran angrenzenden Basis-Sollkurvensegment ≤ 1. D. h. vorzugsweise ist die Steigung der Basisfunktion im Übergangspunkt aus dem Totband bzw. der Nullage heraus kleiner, als die Steigung einer 45°-Geraden. Dadurch kann ein besonders gut beherrschbares und als angenehm empfundes Anlenkverhalten erreicht werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt die Sollwertkurve nicht nur von der Basisfunktion f_Basis(x) ab, sondern ist durch diese definiert. D. h. in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung gilt nicht nur A_Soll = F(f_Basis(x)), sondern vielmehr A_Soll = f_Basis(x).
Bevorzugt ist die Funktion, welche den Sollwertkuvenverlauf definiert, insbesondere die Basisfunktion f_Basis(x), monoton steigend und/oder stetig differenzierbar.
Besonders bevorzugt läuft nicht nur die Basisfunktion f_Basis(x), sondern insbesondere die Sollwertkurve tangential zu einer horizontalen Tangente in eine Nullposition und/oder in einen Endpunkt ein.
Bevorzugt wird der Sollwert, insbesondere zusätzlich zur Abhängigkeit von der Basisfunktion f_Basis(x), in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. D. h. die Sollwertkurve ist bevorzugt geschwindigkeitsabhängig mit A_Soll = f(x, v). Dies ermöglicht insbesondere die Einstellung einer, für ein angenehmes Fahrgefühl erforderlichen, direkten Lenkübersetzung bei langsamer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer indirekten Lenkübersetzung bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten.
Bevorzugt wird der Sollwert, insbesondere zusätzlich zur Abhängigkeit von der Basisfunktion f_Basis(x), in Abhängigkeit von der aktuellen Sollgröße ermittelt, wobei bei einem Verfahren zur Steuerung eines Lenkaktuators eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines zweispurigen Kraftfahrzeugs, wie beispielsweie eines Behindertenfahrzeugs, der Sollwert vorzugsweise in Abhängigkeit vom aktuellen Radlenkwinkel (RLW) ermittelt wird. D. h. in einem Kraftfahrzeug bildet bevorzugt der aktuelle Radlenkwinkel die Sollgröße, d. h. bevorzugt gilt A_Soll = f(x, RLW). Dadurch kann, bei entsprechender Definition der Sollwertkurve, eine sollgrößenabhängige Lageverschiebung der Nullposition erreicht werden, welche im Ergebnis einen kleineren Gradienten des Sollwertkurvenverlaufs und damit der Lenkübersetzung bewirkt. Dies ermöglicht beispielsweise, die Sensitivität des Lenkeingabegerätes rechnerisch im Bereich größerer Eingabewerte zu verringern, so dass beispielsweise im Bereich größerer Eingabewerte eine größere Lenkbewegung erforderlich ist, um die gleiche Lenkbewegung auszulösen wie im Bereich kleinerer Eingabewerte.
Besonders bevorzugt wird der Sollwert jedoch in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und in Abhängigkeit von der aktuellen Sollgröße ermittelt, wobei vorzugsweise eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem konstanten Eingabewert einen konstanten Sollwert ergibt.
Aus dem Stand der Technik ist grundsätzlich bekannt, den Lenkaktuator abhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit anzusteuern und insbesondere die Lenkübersetzung geschwindigkeitsabhängig zu verändern. Allerdings führt bei einem Lenksystem mit einer lediglich von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen variablen Lenkübersetzung eine Geschwindigkeitsänderung bei einem konstanten Eingabewert, beispielsweise beim Durchfahren einer Kurve mit konstantem Radius, in der Regel zu einer Änderung der Lenkübersetzung, so dass der konstante Radius verlassen wird bzw. eine Korrekturlenkbewegung zum Ausgleich der Geschwindigkeitsänderung erforderlich ist, um den Radius zu halten.
Mit einer Sollwertkurve jedoch, bei welcher der Sollwert in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und in Abhängigkeit von der aktuellen Sollgröße ermittelt wird und bei welcher eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem konstanten Eingabewert einen konstanten Sollwert ergibt, kann dies vermieden werden, so dass eine reine Geschwindigkeitsänderung keine Lenkbewegung auslöst. Nur eine Änderung des Eingabewertes bewirkt eine Lenkbewegung.
Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Sollwertkurve A_Soll = f(x, v, RLW)) herausgestellt, die wie folgt definiert ist:
mit D = [A_v – A_RLW]
wobei v die aktuelle Geschwindigkeit, v_max die maximale Geschwindigkeit, RLW die Sollgröße, k ein Gewichtungsfaktor für den Geschwindigkeitseinfluss und l ein Gewichtungsfaktor für die Sollgröße RLW ist.
Selbstverständlich können zusätzlich weitere Größen zur Ermittlung des Sollwertes herangezogen werden, um zusätzliche Einflüsse zu berücksichtigen, wie z. B. den (witterungsbedingten) Fahrbahnreibwert, den Reifenfülldruck, den Beladungszustand oder dergleichen.
Für Anwendungen ohne die Erfassung der aktuellen Sollgröße kann auch eine virtuelle Sollgröße generiert werden, vorzugsweise mit einer parametrierbaren Dämpfung. D. h. die Sollgröße kann auch rechnerisch ermittelt werden (virtuell) anstatt messtechnisch erfasst zu werden.
Die Verwendung einer parametrierbaren Dämpfung dabei hat insbesondere den Vorteil, dass der Effekt, dass das Stellglied bzw. die Stellglieder, beispielsweise die Vorderräder eines Fahrzeugs, grundsätzlich leicht verzögert auf die Lenkeingabe reagieren, so dass die bewirkte Lenkbewegung der Lenkeingabe immer nachläuft, besonders gut nachgebildet werden kann und somit eine besonders genaue virtuelle Sollgröße generierbar ist. Dies ist vor allen Dingen bei Lenksystemen ohne Rückmeldung der Position des Lenkaktuators bzw. ohne Rückmeldung der aktuellen Sollgröße vorteilhaft.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei prinzipiell für alle gattungsgemäßen Lenksysteme von Fahrzeugen geeignet. Insbesondere eignet es sich jedoch für den Einsatz in Behindertenfahrzeugen und für Lenksysteme, bei denen eine präzise Bedienbarkeit über einen längeren Zeitraum erforderlich ist und/oder in welchen der Fahrzeugführer starken Bewegungen der Fahrzeugs und damit störenden Fahrzeugbeschleunigungen ausgesetzt ist, wie beispielsweise in Geländefahrzeugen oder Baumaschinen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht langes, entspanntes Geradeausfahren ohne den Fahrzeugführer anstrengende ständige Lenkkorrekturen auf langen, geraden Strecken, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch im Bereich größer Eingabewerte ein präzises und damit ermüdungsfreies Lenken.
Da durch den erfindungsgemäßen Sollwertkurvenverlauf die Gefahr unbeabsichtigter, zu korrigierender Lenkbewegungen reduziert wird, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch die Gefahr des „Aufschwingens” des Fahrzeugs durch geringe, schnelle Lenkeingaben, insbesondere infolge einer unbeabsichtigten, zu korrigierenden Lenkeingabe, reduziert werden.
Wird der Sollwert in geeigneter Form in Abhängigkeit von der aktuellen Sollgröße ermittelt, kann durch den sich daraus ergebenden, quasi „verlängerten Lenkweg”, d. h. durch die dadurch erreichte verringerte Sensitivität des Lenkeingabegerätes, die Fahrzeugbeherrschbarkeit deutlich verbessert werden. Insbesondere wird das Lenken des Fahrzeugs vereinfacht, d. h. ein präzises Lenken erfordert geringere, insbesondere geringere motorische, Fähigkeiten.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren aber auch in Systemen zur Fokussierung optischer Komponenten oder dergleichen eingesetzt werden. D. h. mit einem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Aktuatoren gelenkt werden, insbesondere präzise positioniert werden.
Ein erfindungsgemäßes Lenksystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. D. h. bevorzugt ist das Lenksystem zur Hinterlegung wenigstens einer vorbeschriebenen, erfindungsgemäßen Sollwertkurve ausgebildet, wobei besonders bevorzugt dazu entsprechende Parameter hinterlegbar sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Parameterschar hinterlegbar. D. h. bevorzugt können mehrere Parametersätze bzw. mehrere Sollwertkurven hinterlegt werden.
Je nach Einsatzzweck des zugehörigen Fahrzeugs bzw. des Lenksystems kann es sinnvoll sein, während des Betriebs zwischen den einzelnen, hinterlegten Sollwertkurven umschalten zu können, beispielsweise mittels eines durch den Fahrzeugführer betätigbaren Bedienschalters, oder nur eine einmalige Konfiguration durch einen Experten vorzusehen, beispielsweise im Rahmen de Anpassung eines Behindertenfahrzeugs an die spezifischen körperlichen Einschränkungen eines körperlich behinderten Fahrzeugführers.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Lenksystem zur Ermittlung weiterer, zusätzlicher Einflussgrößen, insbesondere zur Ermittlung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit wenigstens einen Gyrosensor und/oder einen Beschleunigungssensor auf, vorzugsweise mehrere, insbesondere wenigstens einen 3D-Beschleunigungssensor.
Vorzugsweise ist das Lenksystem derart ausgebildet, dass der Sollwert wenigstens in Abhängigkeit einer erfassten Beschleunigung auch zur Fehlerkompensation und/oder zur Dämpfung einer vom Fahrer aufgebrachten Lenkeingabe ermittelt wird, insbesondere in Abhängigkeit einer erfassten Quer- und/oder Längsbeschleunigung. Auf diese Weise können beispielsweise aufgrund von auf das Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen unerwünscht verursachte Lenkbewegungen herausgerechnet und damit kompensiert und/oder gedämpft werden, wobei dazu vorzugsweise zum Sollwert ein skalierbarer, von der erfassten Beschleunigung abhängiger Korrekturwert addiert wird oder vom Sollwert subtrahiert wird.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein erfindungsgemäßes Lenksystem aufweist.
Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Manche der genannten Merkmale bzw. Eigenschaften betreffen sowohl ein erfindungsgemäßes Verfahren als auch ein erfindungsgemäßes Lenksystem sowie ein erfindungsgemäßes Fahrzeug. Einige dieser Merkmale und Eigenschaften werden nur einmal beschrieben, gelten jedoch unabhängig voneinander im Rahmen technisch möglicher und sinnvoller Ausgestaltungen sowohl für ein erfindungsgemäßes Verfahren als auch für ein erfindungsgemäßes Lenksystem sowie für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer, bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert, wobei die Erfindung dazu in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt ist. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve,
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve,
6a ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve für eine Fahrzeuggeschwindigkeit v = 100 km/h für einen sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = 3 einstellenden Radwinkel RLW,
6b die erfindungsgemäße Sollwertkurve aus 6a, ebenfalls bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v = 100 km/h, jedoch für einen sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –105 einstellenden Radlenkwinkel RLW,
6c die erfindungsgemäße Sollwertkurve aus den 6a und 6b ebenfalls bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v = 100 km/h, in diesem Fall für einen sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –209 einstellenden Radlenkwinkels RLW,
6d die erfindungsgemäße Sollwertkurve aus den 6a bis 6c, ebenfalls bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v = 100 km/h, für einen sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –302 einstellenden Radlenkwinkel RLW,
6e die erfindungsgemäße Sollwertkurve aus den 6a bis 6d, ebenfalls bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v = 100 km/h, für einen bei einem sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –392 einstellenden Radlenkwinkel RLW,
7a die erfindungsgemäße Sollwertkurve aus den 6a bis 6e, bei einem sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –209 einstellenden Radlenkwinkel RLW, jedoch bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v = 0 km/h,
7b die erfindungsgemäße Sollwertkurve aus den 6a bis 6e und 7a, ebenfalls bei einem sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –209 einstellenden Radlenkwinkel RLW, jedoch bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v = 51 km/h,
7c die erfindungsgemäße Sollwertkurve aus den 7a und 7b, jedoch bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v = 100 km/h (vgl. 6c),
7d die erfindungsgemäße Sollwertkurve aus den 7a bis 7c, jedoch bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v = 150 km/h und
7e die erfindungsgemäße Sollwertkurve aus den 7a bis 7d, bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v = 200 km/h.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve A_Soll = f(x) zur Ansteuerung eines Lenkaktuators zur Einstellung eines Radlenkwinkels RLW an den Rädern der Vorderachse als Teil eines Steer-by-Wire-Lenksystems in einem Behindertenfahrzeug, wobei als Lenkeingabegerät ein nach rechts und links bewegbarer Joystick vorgesehen ist.
Die in 1 beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße Sollwertkurve A_Soll = f(x), mit der ein sehr harmonisches Lenkverhalten und auch für einen Behinderten eine gute Fahrzeugbeherrschung ermöglicht wird, wird in diesem Fall durch die Basisfunktion f_Basis(x) definiert, d. h. es gilt A_Soll = f(x) = f_Basis(x). Die die Sollwertkurve A_Soll = f(x) bildende Basisfunktion f_Basis(x) ist dabei eine von einem Eingabewert x abhängige Funktion, wobei x einen auf ein Lenkeingabegerät eines zugehörigen, erfindungsgemäßen Lenksystems aufgebrachten Eingabewert aus einer, durch einen vordefinierten Lenkeingabebereich
= {x_min ... x_max} gebildeten Menge an Eingabewerten repräsentiert, d. h. es gilt x ∊
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der gesamte Lenkeingabebereich definiert durch
d. h. der Lenkeingabebereich
reicht bei diesem Ausführungsbeispiel von x_min = –392 bis x_max = 392. Dies ist jedoch vom zugehörigen Lenksystem abhängig. In diesem Fall sind Eingabewerte x von x_min = –392 bis x = 0 einer Lenkrichtung nach links zugeordnet, während Eingabewerte x von x = 0 bis x_max = 392 einer Lenkrichtung nach rechts zugeordnet sind. Ein Eingabewert von x_min = –392 entspricht dabei einem Lenkeinschlag nach links von 100% und einem Radlenkwinkel RLW von –100%. Ein Eingabewert von x_max = 392 entspricht einem Lenkeinschlag nach rechts von 100% und einem Radlenkwinkel RLW von 100%.
D. h., wird der Joystick vom Fahrer nach links bewegt, beispielsweise auf einen Eingabewert von x = –200, wird in Abhängigkeit von diesem Eingabewert x mittels der erfindungsgemäßen Sollwertkurve A_Soll = f(x), welche in diesem Fall durch die Basisfunktion f_Basis(x) gebildet wird, der zugehörige Sollwert A_Soll zur Ansteuerung des Lenkaktuators des Lenksystems ermittelt, um die gewünschte Sollgröße, in diesem Fall den gewünschten Radlenkwinkel RLW der Vorderräder, einstellen zu können.
Die Basisfunktion f_Basis(x), welche bei dem in 1 gezeigten Auführunsgbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve A_Soll = f(x) die Sollwertkurve A_Soll = f(x) bildet, d. h. A_Soll = f(x) = f_Basis(x), ist dabei aus fünf Basis-Sollkurvensegmenten
und
zusammengesetzt, wobei die Basis-Sollkurvensegmente
und
dabei jeweils Parabelsegmente sind.
Die in 1 gezeigte Sollwertkurve A_Soll = f(x) bzw. die die Sollwertkurve A_Soll = f(x) bildende Basisfunktion f_Basis(x) verläuft dabei durch die Punkte p_min, p ' / 2, p ' / 1, p₁, p₂ und p_max, wobei die Punkte p_min, p ' / 2, p ' / 1, p₁, p₂ und p_max die Bereichsgrenzen der einzelnen Parabelsegmente
und
definieren mit p_min = (x_min; y_min), p ' / 2 = (x ' / 2; y ' / 2), p ' / 1 = (x ' / 1; y ' / 1), p₁ = (x₁; y₁), p₂ = (x₂; y₂) und p_max = (x_max; y_max).
Erfindungsgemäß gehen dabei jeweils die unmittelbar aneinander angrenzenden, benachbarten Parabelsegmente
und
sowie die beiden Parabelsegmente
und
derart tangential ineinander über, dass sich ein harmonischer, polstellenfreier Sollwertkurvenverlauf ergibt. Dabei gehen die beiden Parabelsegmente
und
im Punkt p ' / 2 tangential ineinander über, während die beiden Parabelsegmente
und
im Punkt p₂ tangential ineinander übergehen, d. h. es gilt:
und
Bei diesem Ausfünrungsbeispiel sind jeder Lenkrichtung, d. h. sowohl der Lenkrichtung nach links, als auch der Lenkrichtung nach rechts, jeweils zwei Parabelsegmente zugeordnet, wobei der Lenkrichtung nach links die Parabelsegmente
und
zugeordnet sind und der Lenkrichtung nach rechts die Parabelsegmente
und
Das fünfte Basissegment f_{Basis,Totband} definiert ein symmetrisches Totband um die Nullposition, d. h. um x = 0, wodurch ein besonders harmonisches Anlenkverhalten erreicht werden kann.
Beginnend von einem kleinstmöglichen Eingabewert x_min = –392 in Richtung des größtmöglichen Eingabewertes x_max = 392 ist die Basisfunktion f_Basis(x) im dritten Quadranten, bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem wie in diesem Fall, aus einem ersten, nach oben geöffneten Parabelsegment
und einem sich daran anschließenden, zweiten, nach unten geöffneten Parabelsegment
zusammengesetzt und im ersten Quadranten aus einem dritten nach oben geöffneten Parabelsegment
und einem sich daran anschließenden, vierten nach unten geöffneten Parabelsegment
Das Totband ist dabei zwischen dem zweiten, nach unten geöffneten Parabelsegment
und dem dritten, nach oben geöffneten Parabelsegment
angeordnet.
Dabei gehen nicht nur jeweils die aneinander grenzenden Parabelsegmente
und
bzw. die Parabelsegmente
und
tangential ineinander über, sondern bei diesem Ausführungsbeispiel gehen auch jeweils die sich an das Totband f_{Basis,Totband} anschließenden Parabelsegmente
und
tangential in das Totband f_{Basis,Totband} über, d. h. es gilt außerdem:
f ' / Basis,Totband(x ' / 1) und f ' / Basis,Totband(x₁) =
D. h. in diesem Fall laufen die beiden sich unmittelbar an das Totband anschließenden Parabelsegmente
bzw.
jeweils tangential in die Endpunkte p ' / 1 bzw. p₁ des Totbandes f_{Basis,Totband} ein. Demzufolge liegt der Scheitelpunkt S_III-1 bzw. S_I-1 der jeweils zugehörigen Parabel, welche jeweils das betreffende Parabelsegment
bzw.
definiert, jeweils im zugehörigen Endpunkt p ' / 1 bzw. p₁ des Totbandes f_{Basis,Totband}, d. h. im Punkt p ' / 1 bzw. p₁, was in 1 für das Parabelsegment
durch den mit dem Dreieck markierten Punkt S_I-1 beispielhaft gezeigt ist.
Demzufolge ist die Steigung im Übergangspunkt p ' / 1 bzw. p₁ in diesem Fall jeweils Null, d. h. es gilt
= f ' / Basis,Totband(x ' / 1) = f ' / Basis,Totband(x₁) =
= 0.
Dadurch kann ein besonders harmonisches als angenehm empfundenes Anlenkverhalten erreicht werden, weil ein besonders weicher Übergang aus dem Totband f_{Basis,Totband} bzw. aus dem Totband f_{Basis,Totband} zugeordneten Lenkbereich
= {x ' / 1 ... x₁} in die daran angrenzenden, benachbarten, den Parabelsegmenten
bzw.
zugeordneten Lenkbereiche
= {x ' / 2 ... x ' / 1} bzw.
= {x₁ ... x₂} möglich ist. In Fahrversuchen hat sich gezeigt, dass bis zu einem Betrag einer Steigung von |f ' / Basis(x ' / 1)| ≤ 1 bzw. |f ' / Basis(x₁)| ≤ 1 von ein harmonisches Anlenkverhalten erreicht werden kann.
Damit ergibt sich die in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Sollwertkurve A_Soll = f(x) = f_Basis(x) bzw. die dieser zugrunde liegende Basisfunktion f_Basis(x) zu:
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Bereichsgrenzen der einzelnen Basis-Sollwertkurvensegmente
und
d. h. die Punkte p_min, p ' / 2, p ' / 1, p₂ und p_max, dabei derart gewählt, dass x₂ genau in der Mitte zwischen x₁ und x_max liegt und entsprechend x ' / 2 genau in der Mitte zwischen x_min und x ' / 1, d. h. es gilt:
Ferner ist die Basisfunktion f_Basis(x) bei diesem gezeigten Ausführungsbeispiel punktsymmetrisch um den Nullpunkt, d. h. um p(x = 0; y = 0) ausgebildet, d. h. es gilt außerdem x_min = –x_max, y_min = –y_max, x₂ = –x ' / 2, y₂ = –y ' / 2, x₁ = –x ' / 1, y₁ = –y ' / 1.
Weisen außerdem alle vier Parabelsegmente
und
den gleichen Betrag des Stauchungsfaktor p auf, d. h. gilt außerdem |p_III-2| = |p_III-1| = |p_I-1| = |p_I-1|, kann auf besonders einfache Art und Weise erreicht werden, dass jeweils die unmittelbar aneinander angrenzenden, benachbarten Parabelsegmente
und
sowie die beiden Parabelsegmente
und
erfindungsgemäß tangential ineinander übergehen, so dass sich ein harmonischer, polstellenfreier Sollwertkurvenverlauf ergibt.
Für die einzelnen Punkte p₁, p₂ und p_max und die Stauchungsfaktoren p_I-1 gilt dabei:
p_max = (x_max = 392; y_max = 408)
p₂ = (x₂ = 225; y₂ = 204)
p₁ = (x₁ = 58; y₁ = 0)
p_I-1 = 0,007315
D. h., das Totband f_{Basis,Totband} erstreckt sich dabei über einen Lenkeingabebereich
= {x ' / 1 = –58 ... x₁ = 58}. Das sich im ersten Quadranten Q_I an das Totband f_{Basis,Totband} anschließende Parabelsegment
erstreckt sich entsprechend über einen Lenkeingabebereich von
= {x₁ = 58 ... x₂ = 225} und das sich im dritten Quadranten Q_III an das Totband f_{Basis,Totband} anschließende Parabelsegment
erstreckt sich über ein Lenkeingabebereich
= {x ' / 1 = –58 ... x ' / 2 = –225}. Die weiter außenliegenden Parabelsegmente
und
erstrecken sich entsprechend über einen Lenkeingabebereich
= {x_min = –392 ... x ' / 2 = –225} bzw.
= {x₂ = 225 ... x_max = 392}.
Mit x_min = –x_max, y_min = –y_max, x₂ = –x ' / 2, y₂ = –y ' / 2, x₁ = –x ' / 1, y₁ = –y ' / 1 sowie |p_III-2| = |p_III-1| = |p_I-1| = |p_I-1| und S_III-2 = p_min, S_III-1 = p ' / 1, S_I-1 = p₁ und S_I-2 = p_max ergibt sich für die Sollwertkurve
2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve A_Soll = f(x) = f_Basis(x), die durch eine erfindungsgemäße Basisfunktion f_Basis(x) gebildet wird, wobei in diesem Fall gilt:
p_max = (x_max = 392; y_max = 408)
p₂ = (x₂ = 207; y₂ = 204)
p₁ = (x₁ = 22; y₁ = 0)
p_I-1 = 0,005961
Wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen auch bei der in 2 dargestellten Sollwertkurve A_Soll = f(x) = f_Basis(x) die Scheitelpunkte S_I-1 und S_III-1 jeweils im Endpunkt des Totbandes f_{Basis,Totband} und die Scheitelpunkte S_I-2 und S_III-2 jeweils in den Punkten p_max bzw. p_min, wobei ebenfalls gilt: x_min = –x_max, y_min = –y_max, x₂ = –x ' / 2, y₂ = –y ' / 2, x₁ = –x ' / 1, y₁ = –y ' / 1 sowie |p_III-2| = |p_III-1| = |p_I-1| = |p_I-1| und S_III-2 = p_min, S_III-1 = p ' / 1, S_I-1 = p₁ und S_I-2 = p_max. Das Totband f_{Basis,Totband} ist in diesem Fall lediglich schmaler. Mit den vorgenannten Parameterwerten ergibt sich die erfindungsgemäße, in 2 dargestellte Sollwertkurve A_Soll = f(x) = f_Basis(x) folglich zu:
3 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve A_Soll = f(x) = f_Basis(x), wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Sollwertkurve A_Soll = f(x) ebenfalls durch eine erfindungsgemäße Basisfunktion f_Basis(x) gebildet wird. In diesem Fall laufen die Parabelsegmente
und
jedoch nicht tangential in das Totband f_Basis(x) bzw. in die Punkte p ' / 1 und p₁ ein bzw. aus diesen heraus.
Der Scheitelpunkt
des Parabelsegmentes
liegt in diesem Fall nämlich bei
= (S_x,I-1 = –222; S_y,I-1 = –111). Darüber hinaus liegt der Punkt p₁ bei p₁ = (x₁ = 37; y₁ = 0) und der Punkt p₂ bei p₂ = (x₂ = 215; y₂ = 204) und der Stauchungsfaktor des Parabelsegmentes
beträgt p_I-1 = 0,0016533.
Mit p_max = (x_max = 392; y_max = 408), x_min = –x_max, y_min = –y_max, x₂ = –x ' / 2, y₂ = –y ' / 2, x₁ = –x ' / 1, y₁ = –y ' / 1 sowie |p_III-2| = |p_III-1| = |p_I-1| = |p_I-1|, S_III-1 = (–S_x,I-1; –S_y,I-1) und S_I-2 = (x_max + x₁ – S_x,I-1; y_max – S_y,I-1) sowie S_III-2 = (–S_x,I-2; –S_y,I-2) ergibt sich entsprechend für A_Soll = f(x) = f_Basis(x):
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve A_Soll = f(x) = f_Basis(x), wobei die Basisfunktion f_Basis(x) durch die folgenden Parameter definiert ist:

= (S_x,I-1 = –83; S_y,I-1 = –54)
p_max = (x_max = 392; y_max = 408)
p₂ = (x₂ = 225; y₂ = 204)
p₁ = (x₁ = 58; y₁ = 0)
p_I-1 = 0,002725
Mit x_min = –x_max, y_min = –y_max, x₂ = –x ' / 2, y₂ = –y ' / 2, x₁ = –x ' / 1, y₁ = –y ' / 1 sowie |p_III-2| = |p_III-1| = |p_I-1| = |p_I-1|, S_III-1 = (–S_x,I-1; –S_y,I-1) und S_I-2 = (x_max + x₁ – S_x,I-1; y_max – S_y,I-1) sowie S_III-2 = (–S_x,I-2; –S_y,I-2) ergibt sich die A_Soll = f(x) = f_Basis(x) zu:
Zusätzlich zu den vorherigen gezeigten Ausführungsbeispielen ist in dieser Darstellung zur Verdeutlichung der Steigung der Basisfunktion f_Basis(x) im Punkt p₁ die zugehörige Tangente eingezeichnet. Die Steigung beträgt dabei m(x₁) = 0,76 mit m = f ' / Basis(x), d. h. die Steigung in diesem Punkt p₁ ist immer noch <= 1 und damit kleiner als die Steigung einer 45°-Geraden. Dadurch kann ein besonders angenehmes Lenkverhalten aus dem Totband heraus erreicht werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die einzelnen Parabelsegmente der Basisfunktion f_Basis(x), nicht wie vorstehend in der Scheitelpunktform anzugeben, in der für die Parabel gilt f_Basis(x) = p(x – S_x)² + S_v, sondern beispielsweise in der Parameterform f_Basis(x) = ax² + bx + c, wobei gilt:
Da die Umrechnung der Koeffizienten zwischen den jeweiligen Formen zur Definition einer Parabel, beispielsweise zur Umrechnung der Koeffizienten der Scheitelpunktform in die Koeffizienten der Parameterform, aus der Schulmathematik dem Fachmann bekannt sein sollte, wird hierauf an dieser Stelle nicht eingegangen und auf entsprechende Mathematik-Lehrbücher zu diesem Thema verwiesen.
Werden die Parabelsegmente
und
in der Form f_Basis(x) = ax² + bx + c definiert, kann eine besonders einfache Parametrierung erfolgen, d. h. eine besonders einfache Bedatung, wenn die drei Koeffizienten a, b und c für die einzelnen Parabelsegmente
und
jeweils in Abhängigkeit dreier Punkte, durch welche das Parabelsegment verlaufen soll, ermittelt werden, wobei die drei Punkte vorzugsweise derart gewählt werden, dass jeweils ein erster Punkt den Anfang des jeweiligen Parabelsegments definiert, jeweils ein zweiter Punkt das Ende des betreffenden Parabelsegmentes und der dritte Punkt zur Einstellung der Krümmung des jeweiligen Parabelsegmentes verwendet wird.
Dies ist beispielhaft in 4 für das Parabelsegment
gezeigt, wobei das Parabelsegment
durch die drei Punkte p₁ = (x₁ = 58; y₁ = 0), p₂ = (x₂ = 225; y₂ = 204) und p_k = (x_k = 142; y_k = 83) definiert ist, aus denen sich für die Koeffizienten a, b und c folgende Werte ergeben: a = 0,002725, b = 0,7665 und c = 0.
Wie anhand von 4 gut zu erkennen ist, bildet dabei der Punkt p₁ den Anfang des Parabelsegmentes
und definiert somit eine linke Bereichsgrenze x₁ sowie einen der linken Bereichsgrenze x₁ zugeordneten Sollwert y₁, während der Punkt p₂ das Ende des Parabelsegmentes
definiert und damit eine rechte Bereichsgrenze x₂ des Eingabewertes x sowie einen der rechten Bereichsgrenze x₂ zugeordneten Sollwert y₂. Mit dem Punkt p_k, d. h. insbesondere durch Verändern des Punktes p_k kann die Krümmung des Parabelsegmentes
eingestellt werden. Wird beispielsweise für einen definierten Eingabewert x_k der zugehörige Sollwert y_k kleiner gewählt, wie beispielsweise bei der in 5 dargestellten Basisfunktion f_Basis(x), welche durch die gleichen Punkte p_min, p ' / 2, p ' / 1, p₁, p₂ und p_max definiert ist, wie die in 4 gezeigte Basisfunktion f_Basis(x) und sich jeweils nur in der Krümmung der einzelnen Parabelsegmente
und
von dieser unterscheidet, wandert der Punkt p_k nach unten, die Krümmung des Parabelsegmentes
nimmt zu. Wählt man hingegen den Sollwert y_k größer, wandert der Punkt p_k nach oben, die Krümmung des Parabelsegmentes
nimmt ab. Dabei sollte die y-Koordinate, d. h. der Sollwert y_k, nicht oberhalb oder auf einer durch die Punkte p₁ und p₂ verlaufenden Geraden liegen.
Wie vorstehend bereits erläutert, zeigt 5 eine erfindungsgemäße, durch eine Basisfunktion f_Basis(x) definierte Sollwertkurve, die durch die gleichen Punkte p_min, p ' / 2, p ' / 1, p₁, p₂ und p_max definiert ist wie die in 4 gezeigte Basisfunktion f_Basis(x) und die sich jeweils nur in der Krümmung der einzelnen Parabelsegmente
und
von der in 4 dargestellten Basisfunktion f_Basis(x) unterscheidet, denn der Punkt p_k der in 5 dargestellten Basisfunktion liegt bei p_k = (x_k = 142; y_k = 51).
Mit
a = 0,002725
b = 0
c = 0

= (S_x,I-1 = 58; S_y,I-1 = 0) und
mit x_min = –x_max, y_min = –y_max, x₂ = –x ' / 2, y₂ = –y ' / 2, x₁ = –x ' / 1, y₁ = –y ' / 1 sowie |p_III-2| = |p_III-1| = |p_I-1| = |p_I-1| und S_III-2 = p_min, S_III-1 = p ' / 1, S_I-1 = p₁ und S_I-2 = p_max gilt entsprechend für die Sollwertkurve A_Soll = f(x) = f_Basis(x) aus 5:
Damit ist der dem Eingabewert x_k des Punktes p_k zugeordnete Sollwert y_k bei der in 5 gezeigten Basisfunktion f_Basis(x) zur Einstellung der Krümmung des Parabelsegmentes
mit y_k = 51 kleiner gewählt als der dem gleichen Eingabewert x_k des Punktes p_k zugeordnete Sollwert y_k der in 4 gezeigten Basisfunktion f_Basis(x) mit y_k = 83, wodurch sich bei der in 5 dargestellten Basisfunktion f_Basis(x) eine größere Krümmung des Parabelsegmentes
einstellt und damit auch der übrigen Parabelsegmente
welche aufgrund eines sich daraus ergebenden vorteilhaften Lenkverhaltens die gleiche Krümmung aufweisen, wie das Parabelsegment
6a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sollwertkurve A_Soll = f(x), wobei in diesem Fall die Sollwertkurve A_Soll = f(x) Jedoch nicht nur durch die vom Eingabewert x abhängige Basisfunktion f_Basis(x) gebildet wird, sondern außerdem in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit v und in Abhängigkeit eines aktuellen Radlenkwinkels RLW definiert ist, d. h. es gilt A_Soll = f(x, v, RLW) mit:
wobei bei diesem Ausführungsbeispiel gilt:
l = 10
k = 0,3180
und

= (S_x,I-1 = 26; S_y,I-1 = –5)
p_max = (x_max = 392; y_max = 408)
p₂ = (x₂ = 225; y₂ = 204)
p₁ = (x₁ = 58; y₁ = 0)
p_I-1 = 0,005307
d. h. für die Basisfunktion gilt:
Mithilfe einer derartigen Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) ergibt sich ein besonders angenehmes Lenkgefühl, da zum einen mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit v der Gradient, d. h. die Steigung, der Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) abnimmt, d. h. die Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) wird mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit v flacher, so dass die gleiche Änderung des Eingabewertes x bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten v eine geringere Änderung des Sollwertes A_Soll zur Folge hat, als bei einer geringeren Fahrzeuggeschwindigkeit v.
Zum anderen kann durch die Berücksichtigung des aktuellen Radlenkwinkels RLW rechnerisch im Bereich größere Eingabewerte x die Sensitivität des Lenkeingabegerätes verringert werden, so dass im Bereich größerer Eingabewerte x eine größere Lenkbewegung erforderlich ist, um die gleiche Lenkbewegung auszulösen wie im Bereich kleinerer Eingabewerte x. Ferner kann, bei entsprechender Definition der Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW), eine sollgrößenabhängige Lageverschiebung der Nullposition A_Soll(x = 0) erreicht werden, welche im Ergebnis ebenfalls einen kleineren Gradienten des Sollwertkurvenverlaufs und damit der Lenkübersetzung bewirkt.
Durch die kombinierte Berücksichtigung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v und des aktuellen Radlenkwinkels RLW kann erreicht werden, dass eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit v bei einem konstanten Eingabewert x nicht zu einer Änderung des Radlenkwinkels RLW führt, d. h. der Sollwert A_Soll bleibt trotz einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit v konstant, wenn der Eingabewert x konstant bleibt.
Der Einfluss des Radlenkwinkels RLW auf die Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) wird dabei anhand der 6a bis 6e deutlich, welche jeweils den Verlauf der Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit v = 100 km/h, aber jeweils mit unterschiedlichen aktuellen Radlenkwinkeln RLW zeigen. Anhand dieser 6a bis 6e ist jeweils gut zu sehen, wie sich der aktuell ergebende Sollwert A_Soll in Abhängigkeit vom aktuellen Radlenkwinkel RLW verändert, wobei der aktuelle Sollwert A_Soll dabei jeweils im durch die Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) und die gestrichelte Linie zur Verdeutlichung des aktuellen Radlenkwinkels RLW gebildeten Schnittpunkt liegt.
6a zeigt dabei die zuvor beschriebene Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v = 100 km/h für einen sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = 3 einstellenden Radlenkwinkel RLW.
6b zeigt die erfindungsgemäße Sollwertkurve aus 6a, ebenfalls bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v = 100 km/h, jedoch für einen sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –105 einstellenden Radlenkwinkel RLW. Die Änderung der in die Berechnung der Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) eingehenden Funktionen A_v, A_RLW und der sich daraus ergebenden Differenzfunktion D in Abhängigkeit vom aktuellen Radlenkwinkel RLW ist dabei gut zu erkennen.
Bei weiterer Abnahme des Eingabewertes x bis auf ein Eingabewert von x = –209, d. h. bei einer weiteren Lenkbewegung nach links, ergibt sich der in 6c dargestellte Sollwertkurvenverlauf, wobei 6c die erfindungsgemäße Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) aus den 6a und 6b, ebenfalls bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v = 100 km/h, für einen sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –209 einstellenden Radlenkwinkels RLW zeigt.
6d zeigt entsprechend die erfindungsgemäße Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) aus den 6a bis 6c, ebenfalls bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v = 100 km/h, jedoch für einen sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –302 einstellenden Radlenkwinkel RLW.
6e zeigt die erfindungsgemäße Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) aus den 6a bis 6d, ebenfalls bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v = 100 km/h, für einen bei einem sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –392 einstellenden Radlenkwinkel RLW, welcher in diesem Fall einem maximalen Radlenkwinkel RLW entspricht, d. h. einem maximal nach links möglichen Lenkeinschlag.
Der Einfluss der Fahrzeuggeschwindigkeit v auf die Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) wird dabei anhand der 7a bis 7e deutlich, welche jeweils den Verlauf der Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) bei einem konstanten sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –209 einstellenden Radlenkwinkel RLW, aber jeweils für unterschiedliche aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeiten v zeigen. Anhand dieser 7a bis 7e ist jeweils gut zu sehen, dass der sich aktuell ergebende Sollwert A_Soll nicht verändert sondern konstant bleint, wobei der aktuelle Sollwert A_Soll dabei auch in diesem Fall jeweils im durch die Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) und die gestrichelte Linie zur Verdeutlichung des aktuellen Radlenkwinkels RLW gebildeten Schnittpunkt liegt.
7a zeigt dabei die erfindungsgemäße Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) aus den 6a bis 6e, bei einem sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –209 einstellenden Radlenkwinkel RLW, jedoch bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v = 0 km/h.
7b zeigt die erfindungsgemäße Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) aus den 6a bis 6e und 7a, ebenfalls bei einem sich infolge eines vom Fahrer aufgebrachten Eingabewertes von x = –209 einstellenden Radlenkwinkel RLW, jedoch bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v = 51 km/h. Die Änderung der in die Berechnung der Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) eingehenden Funktionen A_v, A_RLW und der sich daraus ergebenden Differenzfunktion D in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v ist dabei gut zu erkennen.
7c zeigt die erfindungsgemäße Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) aus den 7a und 7b, jedoch bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v = 100 km/h (vgl. 6c).
7d zeigt die erfindungsgemäße Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) aus den 7a bis 7c, jedoch bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v = 150 km/h und 7e zeigt die erfindungsgemäße Sollwertkurve A_Soll,v,RLW = f(x, v, RLW) aus den 7a bis 7d, bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von v = 200 km/h.
Selbstverständlich ist eine Vielzahl an Abwandlungen zu den erläuterten Ausführungsbeispielen möglich, insbesondere die Verwendung anderer Parameterwerte, d. h. eine andere Bedatung, sowie die Definition der einzelnen Parabelsegmente der Basisfunktion nicht in Scheitelpunktform, sondern beispielsweise in Parameterform oder anderen äquivalenten Formen, ohne den Inhalt der Schutzansprüche zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009014392 A1 [0007]
DE 102007053818 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Lenkaktuators eines Lenksystems mit einem Lenkeingabegerät mit variabler Lenkübersetzung in einem Fahrzeug, vorzugsweise zur Steuerung eines Steer-by-wire-Lenksystems, insbesondere zur Steuerung eines Lenksystems mit einem Joystick als Lenkeingabegerät, wobei das Lenkeingabegerät dazu ausgebildet ist, eine von einem Fahrzeugführer gewünschte Lenkbewegung zu ermitteln und wobei der Lenkaktuator dazu ausgebildet ist, die gewüschte Lenkbewegung umzusetzen, wobei in einem ersten Schritt zur Ermittlung der gewünschten Lenkbewegung eine auf das Lenkeingabegerät aufgebrachte Lenkeingabe erfasst wird und daraus ein Eingabewert (x) ermittelt wird, in einem zweiten Schritt in Abhängigkeit von dem ermittelten Eingabewert (x) anhand einer vordefinierten Sollwertkurve (A_Soll = f(x)) ein Sollwert (A_Soll) ermittelt wird und in einem dritten Schritt der Lenkaktuator mit diesem Sollwert (A_Soll) zur Einstellung einer Sollgröße (RLW) und damit zur Umsetzung der gewünschten Lenkbewegung angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertkurve (A_Soll = f(x)), anhand derer der Sollwert (A_Soll) ermittelt wird mit dem der Lenkaktuator angesteuert wird, von einer aus mehreren Basis-Sollkurvensegmenten

zusammengesetzten Basisfunktion (f_Basis(x)) abhängt, die über den Lenkeingabebereich einer Lenkrichtung (
= {x_min ... 0},
= {0 ... x_max}) aus wenigstens zwei Basis-Sollkurvensegmenten
zusammengesetzt ist, die Parabelsegmente sind und derart tangential ineinander übergehen, dass sich ein harmonischer, polstellenfreier Sollwertkurvenverlauf ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertkurve (A_Soll = f(x)) bei zwei Lenkrichtungen, insbesondere entgegengesetzten Lenkrichtungen, von einer Basisfunktion (f_Basis(x)) abhängt, die über den gesamten Lenkeingabebereich (
= {x_min ... x_max}) aus wenigstens vier Basis-Sollkurvensegmenten
zusammengesetzt ist, wobei vorzugsweise jeder Lenkrichtung wenigstens zwei Basis-Sollkurvensegmente

zugeordnet sind, insbesondere symmetrisch um eine Nullposition.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertkurve (A_Soll = f(x)) punktsymmetrisch zum Symmetriepunkt (x = 0; A_Soll = f(x = 0)) ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfunktion (f_Basis(x)) aus wenigstens vier Parabelsegmenten
zusammengesetzt ist, insbesondere aus vier Parabelsegmenten

zweiter Ordnung, wobei die Basisfunktion (f_Basis(x)), beginnend von einem kleinstmöglichen Eingabewert (x_min) in Richtung eines größtmöglichen Eingabewertes (x_max) im dritten Quadranten (Q_III) aus einem ersten, nach oben geöffneten Parabelsegment
und einem sich daran anschließenden, zweiten, nach unten geöffneten Parabelsegment
zusammengesetzt ist und im ersten Quadranten (Q_I) aus einem dritten, nach oben geöffneten Parabelsegment
und einem sich daran anschließenden, vierten, nach unten geöffneten Parabelsegment
bezogen auf ein kartesiches Koordinatensystem.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfunktion (f_Basis(x)) folgendermaßen definiert ist:
wobei
die Menge aller mittels des Lenkeingabegerätes aufbringbaren Eingabewerte x ist und x_min, x ' / 2, x ' / 1, x₁, x₂, x_max die Bereichsgrenzen der einzelnen Abschnitte der Basis-Sollkurvensegmente

definieren, wobei jeweils p, Sx, Sy sowie die Wahl der Bereichsgrenzen der einzelnen Abschnitte der Basis-Sollkurvensegmente
die einstellbaren Parameter zur Anpassung der Funktion sind, wobei vorzugsweise gilt x ' / 1 ≤ 0 und x ' / 2 < 0 und x₁ ≥ 0 und x₂ > 0 und wobei gilt

und
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfunktion (f_Basis(x)) folgendermaßen definiert ist:
wobei y_min bzw. y_max der minimal bzw. maximal mögliche Sollwert A_Soll ist, mit dem der Lenkaktuator bei dem zugehörigen minimalen bzw. maximalen Eingabewert x_min bzw. x_max angesteuert werden soll, wobei jeweils p sowie die Wahl der Bereichsgrenzen der einzelnen Abschnitte der Basis-Sollkurvensegmente die einstellbaren Parameter zur Anpassung der Funktion sind, wobei vorzugsweise gilt x ' / 1 ≤ 0 und x ' / 2 < 0 und x₁ ≥ 0 und x₂ > 0 und wobei vorzugsweise gilt x_min = –x_max und/oder y_min = –y_max und/oder x₁ = x ' / 1 und/oder x₂ = x ' / 2.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Basis-Sollkurvensegment (f_{Basis,Totband}) zumindest teilweise ein Totband definiert, wobei das Totband vorzugsweise einem Bereich um die Nullposition des Lenkeingabegerätes zugeordnet ist und somit ein Totband um die Nullposition bildet, insbesondere ein um die Nullage symmetrisches Totband.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfunktion (f_Basis(x)) aus wenigstens fünf Basis-Sollkurvensegmenten
zusammengesetzt ist, wobei die Basisfunktion (f_Basis(x)) zwischen dem zweiten, nach unten geöffneten Parabelsegment
und dem dritten, nach oben geöffneten Parabelsegment
ein Basis-Sollkurvensegment (f_{Basis,Totband}) aufweist, das ein Totband definiert.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfunktion (f_Basis(x)) folgendermaßen definiert ist:
mit x₁, x ' / 1 ≠ 0.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfunktion (f_Basis(x)) tangential mit einer horizontalen Tangente in die Nullposition und/oder in wenigstens einen Endpunkt des Totbands und/oder in wenigstens einen Endpunkt am Ende des Lenkeingabebereichs einläuft.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrag einer Steigung (|f ' / Basis(x)|) der Basisfunktion (f_Basis(x)) in wenigstens einem Übergangspunkt (x ' / 2, x ' / 1, x₁, x₂) zwischen zwei benachbarten, aneinander angrenzenden Basis-Sollkurvensegmenten ≤ 1 ist, vorzugsweise in einem Übergangspunkt (x ' / 1, x₁) zwischen einem ein Totband bildenden Basis-Sollkurvensegment (f_{Basis,Totband}) und einem benachbarten, daran angrenzenden Basis-Sollkurvensegment
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertkurve (A_Soll = f(x)) durch die Basisfunktion (f_Basis(x)) definiert ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (A_Soll) in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) ermittelt wird, wobei vorzugsweise eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) bei einem konstanten Eingabewert (x) einen konstanten Sollwert (A_Soll) ergibt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (A_Soll) in Abhängigkeit von der aktuellen Sollgröße (RLW) ermittelt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertkurve (A_Soll = f(x, v, RLW)) in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und in Abhängigkeit von der aktuellen Sollgröße (RLW) ermittelt wird, wobei vorzugsweise eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) bei einem konstanten Eingabewert (x) einen konstanten Sollwert (A_Soll) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertkurve (A_Soll = f(x, v, RLW)) wie folgt definiert ist:

wobei v die aktuelle Geschwindigkeit, v_max die maximale Geschwindigkeit, RLW die Sollgröße, k ein Gewichtungsfaktor für den Geschwindigkeitseinfluss und l ein Gewichtungsfaktor für die Sollgröße RLW ist.
Lenksystem mit variabler Lenkübersetzung mit einem Lenkeingabegerät und einem Lenkaktuator, wobei das Lenksystem vorzugsweise ein Steer-by-Wire-Lenksystem ist, insbesondere ein Lenksystem mit einem Joystick als Lenkeingabegerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet ist.
Fahrzeug, insbesondere Behindertenfahrzeug, mit einem Lenksystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem nach Anspruch 17 ausgebildet ist.