DE102015217961B3

DE102015217961B3 - Kraftfahrzeuglenkung und Verfahren zur Berechnung eines Steuersignals für eine Servoeinheit

Info

Publication number: DE102015217961B3
Application number: DE102015217961.3A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dreyer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-09-19
Also published as: CN106541989B; CN106541989A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuglenkung (1), umfassend mindestens ein Steuergerät (2) zur Erzeugung eines Steuersignals (S) für eine Servoeinheit (3), die eine Unterstützungskraft (FU) auf eine Zahnstange (4) der Kraftfahrzeuglenkung (1) aufbringt, wobei die Kraftfahrzeuglenkung (1) derart ausgebildet ist, dass eine aktuelle Achslast des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und bei der Erzeugung des Steuersignals (S) berücksichtigt wird, wobei die Kraftfahrzeuglenkung (1) derart ausgebildet ist, dass die aktuelle Achslast bei einer stationären Kurvenfahrt aus einer ermittelten und/oder gemessenen Querlenkbeschleunigung (aQ) und einer ermittelten oder geschätzten Zahnstangenkraft (FZ) ermittelt wird, sowie ein Verfahren zur Berechnung eines Steuersignals (S) für eine Servoeinheit (3) einer Kraftfahrzeuglenkung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuglenkung, umfassend mindestens ein Steuergerät zur Erzeugung eines Steuersignals für eine Servoeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Berechnung eines Steuersignals in einer Kraftfahrzeuglenkung mittels mindestens eines Steuergeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
In der Serienfertigung hergestellte Personenkraftfahrzeuge/Nutzfahrzeuge unterscheiden sich aufgrund unterschiedlicher Zusatzausstattung hinsichtlich ihres Fahrzeuggesamtgewichts. Im Hinblick auf eine optimale Abstimmung des Lenkungsverhaltens wird in der Fertigung die Lenkungscharakteristik unter anderem an das tatsächliche Fahrzeuggesamtgewicht angepasst. So kann beispielsweise bei einem höheren Fahrzeuggesamtgewicht insbesondere bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten und großen Lenkwinkeln eine höhere Lenkunterstützung vorgesehen werden.
Zur Abstimmung des Lenkungsverhaltens wird in einem Steuergerät der Lenkung eine Berechnungsvorschrift, beispielsweise in Form einer Kennlinie oder Kennlinienschar, abgespeichert, mit welcher auf der Grundlage eines fahrerseitigen Lenkbefehls ein Steuersignal für die Servoeinheit, beispielsweise einen Elektromotor oder eine hydraulische Lenkunterstützung, bereitgestellt wird. Als zusätzliche Eingangsgröße wird in der Regel die Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt, die als Scharparameter dient. Gegebenenfalls können weitere Gesichtspunkte wie beispielsweise ein direktes oder weniger direktes Ansprechen der Lenkung berücksichtigt und dem Fahrer als Wahlmöglichkeit angeboten werden.
Aufgrund des fahrzeugindividuellen Gesamtgewichts muss die Berechnungsvorschrift, d.h. die jeweilige Kennlinie oder Kennlinienschar, für jedes Fahrzeug auch individuell generiert und in dem zugehörigen Lenkungssteuergerät abgespeichert werden.
Im Fahrbetrieb wird die einmal abgespeicherte Berechnungsvorschrift unabhängig vom Beladungszustand verwendet. Ändert sich das Fahrzeuggewicht während des Fahrbetriebs, findet in der Regel keine Anpassung der Berechnungsvorschrift statt.
Aus der gattungsbildenden DE 10 2009 057 625 A1 ist eine Kraftfahrzeuglenkung bekannt, umfassend ein Steuergerät zur Bereitstellung eines Steuersignals für eine den Fahrer beim Lenken unterstützende Servoeinheit, in dem eine Berechnungsvorschrift zur Bestimmung des Steuersignals auf der Grundlage eines fahrerseitigen Lenkbefehls vorgehalten ist, und eine am Fahrzeug angeordnete Einrichtung zur Ermittlung des Fahrzeuggewichts, wobei das von derselben ermittelte Fahrzeuggewicht als Eingangsgröße an das Steuergerät übermittelt wird, und innerhalb des Steuergeräts das Steuersignal in Abhängigkeit des ermittelten Fahrzeuggewichts bestimmt wird. Ähnliche Kraftfahrzeuglenkungen sind zudem aus der DE 10 2009 011 044 A1 , der DE 196 80 331 B4 und der DE 198 27 344 A1 bekannt.
Dabei kann die Einrichtung zur Ermittlung des Fahrzeuggewichts Signale von Sitzbelegungssensoren und/oder den Tankfüllstand berücksichtigen. Alternativ liest die Einrichtung zur Ermittlung des Fahrzeuggewichts Signale von Sensoren aus, welche den Einfederungszustand des Fahrzeugs abbilden. Schließlich kann die Einrichtung zur Ermittlung des Fahrzeuggewichts einen Schätzalgorithmus umfassen, welcher anhand eines Fahrzeugmodells durch Erfassen mindestens eines Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsverlaufes des Fahrzeugs während des Fahrbetriebs das Fahrzeuggewicht schätzt.
Nachteilig ist, dass die Schätzung über Sitzbelegungssensoren oder Füllstände zu ungenau ist und Niveauregelungen häufig nicht vorhanden sind.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Kraftfahrzeuglenkung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine aktuelle Achslast bestimmt, sowie ein Verfahren zur Berechnung eines Steuersignals für eine Servoeinheit in einer Kraftfahrzeuglenkung zur Verfügung zu stellen, bei dem die Achslast einfach und zuverlässig ermittelt wird.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Kraftfahrzeuglenkung umfasst mindestens ein Steuergerät zur Erzeugung eines Steuersignals für eine Servoeinheit, die eine Unterstützungskraft auf eine Zahnstange der Kraftfahrzeuglenkung aufbringt. Die Kraftfahrzeuglenkung ist derart ausgebildet, dass eine aktuelle Achslast des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und bei der Erzeugung des Steuersignals berücksichtigt wird. Dabei wird insbesondere die Achslast an einer lenkbaren Vorderachse bestimmt. Die Kraftfahrzeuglenkung ist derart ausgebildet, dass die aktuelle Achslast bei einer stationären Kurvenfahrt aus einer ermittelten und/oder gemessenen Querbeschleunigung und einer ermittelten oder geschätzten Zahnstangenkraft ermittelt wird. Dabei wird ausgenutzt, dass über die Beziehung Kraft = Masse × Beschleunigung auf die Masse bzw. die Achslast zurückgeschlossen werden kann. Ein Vorteil ist, dass die benötigten Größen ohnehin üblicherweise der Kraftfahrzeuglenkung zur Verfügung stehen. Dabei kann die Querbeschleunigung direkt gemessen werden oder aber aus Lenkwinkel und Geschwindigkeit berechnet werden. Vorzugsweise wird die Querbeschleunigung direkt gemessen, was genauer ist, aber zusätzlich über die berechnete Querbeschleunigung aus Lenkwinkel und Geschwindigkeit die gemessene Querbeschleunigung plausibilisiert oder korrigiert. Des Weiteren existiert so auch eine gewisse Redundanz. Die Zahnstangenkraft kann ebenfalls direkt gemessen werden, was aber etwas aufwendiger ist.
In einer Ausführungsform wird daher die Zahnstangenkraft aus der Unterstützungskraft geschätzt. Die Unterstützungskraft ist dabei die Kraft, die die Servoeinheit direkt oder über ein Getriebe auf die Zahnstange aufbringt. Diese kann gemessen werden oder aber bei Kenntnis des Übertragungsverhaltens aus dem Steuersignal des Steuergeräts berechnet werden. Die Servoeinheit ist dabei vorzugsweise ein Elektromotor oder eine Hydraulik-Einheit (insbesondere bei Nutzfahrzeugen).
In einer weiteren Ausführungsform ist die Kraftfahrzeuglenkung derart ausgebildet, dass die Bestimmung mehrfach wiederholt wird und die zu berücksichtigende Achslast für die Steuersignale nachgeführt wird. Dies kann in Form einer Mittelwertbildung erfolgen oder über eine Lenkfunktion, wobei letztere bevorzugt wird, da dabei fehlerhafte Bestimmungen der Achslast besser herausgefiltert werden können.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Steuergerät eine an das Fahrzeuggewicht angepasste Kennlinie auf, die beispielsweise auf das Fahrzeugleergewicht abgestimmt ist und bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. Dabei wird aus einem Handlenkmoment und einer Lenkmoment-Empfehlung mindestens einer Assistenz-Funktion (z.B. einer Spurhalte-Assistenzfunktion) anhand der Kennlinie ein erstes Teil-Steuersignal erzeugt. Eine weitere Einheit erzeugt aufgrund mindestens einer weiteren Fahrzeuggröße, insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder dem Lenkwinkel, ein zweites Teil-Steuersignal, wobei die Summe des ersten Teil-Steuersignals und des zweiten Teil-Steuersignals das Steuersignal für die Servoeinheit bilden. Hierdurch kann die Lenkunterstützung situativ angepasst werden, beispielsweise große Unterstützung beim Einparken und geringere Unterstützung bei größeren Fahrzeuggeschwindigkeiten.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Kraftfahrzeuglenkung derart ausgebildet, dass aus der Achslast mindestens ein Korrekturwert ermittelt wird, wobei mittels des mindestens einen Korrekturwertes die Lenkmoment-Empfehlung der Assistenz-Funktion korrigiert wird und der Korrekturwert oder ein weiterer Korrekturwert aus der Achslast der weiteren Einheit zur Korrektur des zweiten Teil-Steuersignals zugeführt wird. Der Korrekturwert kann dabei ein Faktor oder Summand sein. Der weitere Korrekturwert für die weitere Einheit stellt dabei vorzugsweise eine korrigierte Kraftempfehlung dar.
Hinsichtlich der verfahrensmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Kraftfahrzeuglenkung.
Die Kraftfahrzeuglenkung 1 umfasst ein Steuergerät 2, eine Servoeinheit 3 und eine Zahnstange 4. Das Steuergerät 2 erzeugt ein Steuersignal S für die Servoeinheit 3, die eine Unterstützungskraft F_U auf die Zahnstange 4 aufbringt. Das Steuersignal 2 weist eine an das Fahrzeuggewicht angepasste Kennlinie 5 (oder Kennlinienschar in Abhängigkeit eines Parameters) auf, wobei aus einem Handlenkmoment M_H an einer Lenkhandhabe und einer Lenkmoment-Empfehlung M_E mindestens einer Assistenz-Funktion anhand der Kennlinie 5 ein erstes Teil-Steuersignal S1 erzeugt wird. Die Anpassung an das Fahrzeuggewicht ist dabei derart, dass ein Leergewicht oder ein mittleres Fahrzeuggewicht angenommen werden. Dabei werden das Handlenkmoment M_H und eine korrigierte Lenkmoment-Empfehlung M_E* über eine erste Summierstufe 6 addiert, wobei die korrigierte Lenkmoment-Empfehlung M_E* noch erläutert wird. Des Weiteren weist das Steuergerät 2 eine weitere Einheit 7 auf, die aufgrund mindestens einer weiteren Fahrzeuggröße ein zweites Teil-Steuersignal S2 erzeugt. Die weitere Fahrzeuggröße ist beispielsweise die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit V und/oder der Lenkwinkel φ an den Fahrzeugrädern. Das erste Teil-Steuersignal S1 und das zweite Teil-Steuersignal S2 werden dann in einer zweiten Summierstufe 8 zu dem Steuersignal S aufaddiert. Weiter weist das Steuergerät 2 eine Einheit 9 auf, die die aktuelle Achslast bei einer stationären Kurvenfahrt ermittelt und mindestens einen Korrekturwert K ermittelt. Dieser Korrekturwert K ist ein Korrekturfaktor, der mit der Lenkmoment-Empfehlung M_E in einem Multiplizierer 10 verknüpft wird. Das Ergebnis ist die korrigierte Lenkmoment-Empfehlung M_E*. Des Weiteren wird der Korrekturwert K in den Multiplizierer 10 mit einem anderen Faktor verknüpft, so dass eine korrigierte Kraftempfehlung F_E* als weiterer Korrekturwert an die weitere Einheit 7 zugeführt wird, um bei der Berechnung des zweiten Teil-Steuersignals S2 berücksichtigt zu werden. Der Korrekturwert K berücksichtigt dabei die Differenz zwischen dem angenommenen Fahrzeuggewicht der Kennlinie 5 und einem bei der stationären Kurvenfahrt ermittelten aktuellen Fahrzeuggewicht.
Das aktuelle Fahrzeuggewicht bzw. die aktuelle Achslast wird dabei anhand der Beziehung Kraft = Masse × Beschleunigung berechnet. Dabei ist die Kraft die resultierende Zahnstangenkraft F_Z und die Beschleunigung die Querbeschleunigung a_Q. Die Querbeschleunigung a_Q wird sensorisch erfasst oder ermittelt und der Einheit 9 zugeführt. Die Zahnstangenkraft F_Z kann entweder sensorisch erfasst werden oder aber wie dargestellt aus der Unterstützungskraft F_U geschätzt werden. Dabei kann beispielsweise aus dem Steuersignal S mittels einer Einheit 11 auf die Unterstützungskraft F_U rückgeschlossen werden. Auch ist es möglich, die Unterstützungskraft F_U sensorisch an der Servoeinheit 3 bzw. Zahnstange 4 zu messen. Weiter werden der Einheit 9 die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit V und der Lenkwinkel φ zugeführt, wobei aus letzterem die Bedingung für die konstante Kurvenfahrt ermittelt werden kann. Des Weiteren wird aus der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit V und dem Lenkwinkel φ die Querlenkbeschleunigung a_Q berechnet, sodass diese zweifach zur Verfügung steht.
Somit wird eine Kraftfahrzeuglenkung 1 zur Verfügung gestellt, die sich an sich ändernde Achslasten (z.B. aufgrund unterschiedlicher Belastung) anpasst, wobei alle notwendigen Größen ohnehin vorhandene lenksysteminterne Größen sind.

Claims

Kraftfahrzeuglenkung (1), umfassend mindestens ein Steuergerät (2) zur Erzeugung eines Steuersignals (S) für eine Servoeinheit (3), die eine Unterstützungskraft (F_U) auf eine Zahnstange (4) der Kraftfahrzeuglenkung (1) aufbringt, wobei die Kraftfahrzeuglenkung (1) derart ausgebildet ist, dass eine aktuelle Achslast des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und bei der Erzeugung des Steuersignals (S) berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeuglenkung (1) derart ausgebildet ist, dass die aktuelle Achslast bei einer stationären Kurvenfahrt aus einer ermittelten und/oder gemessenen Querbeschleunigung (a_Q) und einer ermittelten oder geschätzten Zahnstangenkraft (F_Z) ermittelt wird.
Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeuglenkung (1) derart ausgebildet ist, dass die Zahnstangenkraft (F_Z) aus der Unterstützungskraft (F_U) geschätzt wird.
Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeuglenkung (1) derart ausgebildet ist, dass die Bestimmung der Achslast mehrfach wiederholt wird und die zu berücksichtigende Achslast für das Steuersignal (S) nachgeführt wird.
Kraftfahrzeuglenkung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (2) eine an das Fahrzeuggewicht angepasste Kennlinie (5) aufweist, wobei aus einem Handlenkmoment (M_H) und einer Lenkmoment-Empfehlung (M_E) mindestens einer Assistenz-Funktion anhand der Kennlinie (5) ein erstes Teil-Steuersignal (S1) erzeugt wird und eine weitere Einheit (7) aufgrund mindestens einer weiteren Fahrzeuggröße ein zweites Teil-Steuersignal (S2) erzeugt, wobei die Summe des ersten Teil-Steuersignals (S1) und des zweiten Teil-Steuersignals (S2) das Steuersignal (S) für die Servoeinheit (3) bilden.
Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeuglenkung (1) derart ausgebildet ist, dass aus der Achslast mindestens ein Korrekturwert (K) ermittelt wird, wobei mittels des mindestens einen Korrekturwertes (K) die Lenkmoment-Empfehlung (M_E) der Assistenz-Funktion korrigiert wird und der Korrekturwert (K) oder ein weiterer Korrekturwert aus der Achslast der weiteren Einheit (7) zur Korrektur des zweiten Teil-Steuersignals (S2) zugeführt wird.
Verfahren zur Berechnung eines Steuersignals (S) für eine Servoeinheit (3) in einer Kraftfahrzeuglenkung (1) mittels mindestens eines Steuergeräts (2), wobei die Servoeinheit (3) eine Unterstützungskraft (F_U) auf eine Zahnstange (4) der Kraftfahrzeuglenkung (1) aufbringt, wobei eine aktuelle Achslast des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und bei der Erzeugung des Steuersignals (S) berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Achslast bei einer stationären Kurvenfahrt aus einer ermittelten und/oder gemessenen Querbeschleunigung (a_Q) und einer ermittelten oder geschätzten Zahnstangenkraft (F_Z) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenkraft (F_Z) aus der Unterstützungskraft (F_Z) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Achslast mehrfach wiederholt wird und die zu berücksichtigende Achslast für das Steuersignal (S) nachgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (2) eine an das Fahrzeuggewicht angepasste Kennlinie (5) aufweist, wobei aus einem Handlenkmoment (M_H) und einer Lenkmoment-Empfehlung (M_E) mindestens einer Assistenz-Funktion anhand der Kennlinie (5) ein erstes Teil-Steuersignal (S1) erzeugt wird und eine weitere Einheit (7) aufgrund mindestens einer weiteren Fahrzeuggröße ein zweites Teil-Steuersignal (S2) erzeugt, wobei die Summe des ersten Teil-Steuersignals (S1) und des zweiten Teil-Steuersignals (S2) das Steuersignal (S) für die Servoeinheit (3) bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Achslast mindestens ein Korrekturwert (K) ermittelt wird, wobei mittels des mindestens einen Korrekturwertes (K) die Lenkmoment-Empfehlung (M_E) der Assistenz-Funktion korrigiert wird und der Korrekturwert (K) oder ein weiterer Korrekturwert aus der Achslast der weiteren Einheit (7) zur Korrektur des zweiten Teil-Steuersignals (S2) zugeführt wird.