DE102016210126B4 - Method for controlling a vehicle and vehicle for implementing the method - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs (1),
wobei das Fahrzeug (1) mindestens eine gelenkte Achse (2) mit angetriebenen Rädern (3) aufweist, wobei die angetriebenen Räder (3) über einen radselektiven Antrieb (4) angetrieben werden,
wobei das Fahrzeug (1) ein Lenksystem (5) mit einer Lenkkrafteinrichtung (10) aufweist,
wobei das Fahrzeug (1) ein erstes Lenkkraftmodul (11) zum Ansteuern der Lenkkrafteinrichtung (10) und ein zweites Lenkkraftmodul (12) zum Ansteuern des radselektiven Antriebs (4) aufweist,
gekennzeichnet durch
ein Aktormodul (13) zum Ansteuern des ersten und des zweiten Lenkkraftmoduls (11,12), wobei diese angesteuert werden, so dass ein Zwischenabschnitt (15) des Lenksystem (5) zwischen der Lenkkrafteinrichtung (10) und den angetriebenen Rädern (3) elastisch verspannt wird, wobei das Aktormodul (13) eine Steuereinrichtung für die Stärke der elastischen Verspannung als eine Stellgröße bildet.
Method for controlling a vehicle (1),
wherein the vehicle (1) has at least one steered axle (2) with driven wheels (3), the driven wheels (3) being driven via a wheel-selective drive (4),
wherein the vehicle (1) has a steering system (5) with a steering force device (10),
wherein the vehicle (1) has a first steering force module (11) for controlling the steering force device (10) and a second steering force module (12) for controlling the wheel-selective drive (4),
marked by
an actuator module (13) for controlling the first and second steering force modules (11, 12), these being controlled so that an intermediate section (15) of the steering system (5) between the steering force device (10) and the driven wheels (3) is elastic is tensioned, the actuator module (13) forming a control device for the strength of the elastic tension as a manipulated variable.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug zum Umsetzen des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 10.The invention relates to a method for controlling a vehicle with the features of
Radselektive Traktionsantriebe ermöglichen durch gezieltes Verteilen der Antriebsleistung auf einzelne Räder eine Beeinflussung der Querdynamik des Fahrzeugs durch Variation vornehmlich längsdynamischer Größen. Durch die Nutzung radselektiver Traktionsantriebe an der gelenkten Achse eines Fahrzeugs kann ein Einlenken der Räder durch eine gezielte Einstellung von Differenzen der Antriebsleistung erzeugt werden.Wheel-selective traction drives enable the transverse dynamics of the vehicle to be influenced by specifically distributing the drive power to individual wheels by varying primarily longitudinally dynamic variables. Through the use of wheel-selective traction drives on the steered axle of a vehicle, the wheels can be turned through a targeted setting of differences in drive power.
In der Druckschrift
In der Druckschrift
In der Druckschrift
Die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein Fahrzeug mit dem Verfahren vorzuschlagen, welche ein verbessertes Lenkverhalten bei dem Fahrzeug ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.It is the object of the present invention to propose a method and a vehicle with the method which enable improved steering behavior in the vehicle. This object is achieved by the method having the features of
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug weist mindestens oder genau eine gelenkte Achse mit angetriebenen Rädern auf. Vorzugsweise ist die gelenkte Achse als eine Vorderachse ausgebildet. Das Fahrzeug weist ein Lenksystem zur Lenkung der gelenkten und angetriebenen Achse auf. Das Lenksystem weist vorzugsweise ein Lenkrad oder eine andere Mensch-Maschinen-Schnittstelle zur Eingabe eines Lenkbefehls, eine Lenksäule, ein Lenkgetriebe auf, wobei das Lenkgetriebe über Spurstangen als Teil des Lenksystems mit Radträgern wirkverbunden ist.The invention relates to a method for controlling a vehicle. The vehicle has at least or precisely one steered axle with driven wheels. The steered axle is preferably designed as a front axle. The vehicle has a steering system for steering the steered and driven axle. The steering system preferably has a steering wheel or another human-machine interface for inputting a steering command, a steering column, a steering gear, the steering gear being operatively connected to wheel carriers via tie rods as part of the steering system.
Die Lenkung des Fahrzeuges über das Lenksystem ermöglicht dem Fahrer, Einfluss auf die Querdynamik des Fahrzeuges zu nehmen und so das Fahrzeug in die gewünschte Richtung zu steuern. Der Fahrerwunsch wird durch Drehen des Lenkrades oder der Mensch-Maschinen-Schnittstelle zur Eingabe eines Lenkbefehls in Form des Lenkradwinkels phiH an das Lenksystem übergeben, wobei der Fahrer ein Lenkmoment (MH) aufzubringen hat.Steering the vehicle via the steering system enables the driver to influence the lateral dynamics of the vehicle and thus steer the vehicle in the desired direction. The driver's request is transferred to the steering system by turning the steering wheel or the man-machine interface to input a steering command in the form of the steering wheel angle phi H , the driver having to apply a steering torque (M H ).
Das Fahrzeug weist eine Lenkkrafteinrichtung, insbesondere Lenkkraftunterstützungseinrichtung (LKU), sowie ein erstes Lenkkraftmodul zum Ansteuern der Lenkkrafteinrichtung auf. Das Lenkkraftmodul kann als ein Softwaremodul, ein Hardwaremodul oder als eine Kombination davon ausgebildet sein.The vehicle has a steering force device, in particular a steering force assistance device (LKU), and a first steering force module for controlling the steering force device. The steering force module can be designed as a software module, a hardware module or a combination thereof.
Bei dem Fahrzeug mit der Lenkkrafteinrichtung wird das Lenkmoment durch einen Aktor reduziert, um dem Fahrer ein komfortables Lenken zu ermöglichen. Z.B. ist vorgesehen, dass die Lenksäule die Bewegung zum Lenkgetriebe überträgt. Dort wird die rotative Bewegung der Lenksäule in eine translatorische Bewegung der Spurstangen überführt. Diese übertragen die Bewegung auf die Radträger, welche eine Rotation (Lenkwinkel phi) um die jeweilige Lenkachse ausführen.In the vehicle with the steering force device, the steering torque is reduced by an actuator in order to enable the driver to steer comfortably. For example, it is provided that the steering column transmits the movement to the steering gear. There the rotative movement of the steering column turns into a translational movement of the tie rods transferred. These transmit the movement to the wheel carriers, which rotate (steering angle phi) around the respective steering axis.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkradwinkel und Einschlagwinkel der Räder wird kinematische Lenkübersetzung
Im Folgenden werden die Kräfte betrachtet, die am Reifen-Fahrbahn-Kontakt angreifen und über Radträger, Spurstangen und Lenkgetriebe das Lenkradmoment erzeugen. Die Kräfte und ihre Angriffspunkte am Rad werden hier als gegeben betrachtet. Für eine detailliertere Betrachtung des Kraftaufbaus an der Reifenkontaktfläche wird auf die Literatur verwiesen.In the following, the forces acting on the tire-road contact and generating the steering wheel torque via wheel carriers, tie rods and steering gears are considered. The forces and their points of application on the wheel are taken as given here. For a more detailed consideration of the force build-up at the tire contact area, reference is made to the literature.
In der
Bei herkömmlichen Antriebskonzepten, bei denen die Antriebsmomente an beiden Rädern gleich groß sind, hat gemäß z.B. Pfeffer & Harrer, 2013 die Seitenkraft FW,Y den größten Einfluss auf das Lenkmoment. Die Rückstellwirkung durch die Radlast Fw,z fällt dagegen gering aus (insbesondere bei schneller Kurvenfahrt) und wird hier nicht weiter betrachtet. Entscheidend für das umgesetzte Konzept der Lenkkraftunterstützung ist die Wirkung der Antriebs- bzw. Bremskraft Fw,x auf das Lenkmoment. Im Folgenden wird deshalb betrachtet, wie sich das Lenkmoment aus den beiden Komponenten FW,Y und Fw,x rechnerisch bestimmen lässt.In conventional drive concepts in which the drive torques on both wheels are the same, according to Pfeffer & Harrer, 2013, for example, the lateral force F W, Y has the greatest influence on the steering torque. The restoring effect due to the wheel load Fw, z, on the other hand, is small (especially when cornering at high speed) and is not considered further here. The decisive factor for the implemented concept of steering force assistance is the effect of the drive or braking force Fw, x on the steering torque. The following therefore looks at how the steering torque can be calculated from the two components F W, Y and Fw, x.
Wie in der
Hier wird im Folgenden modellhaft von kleinen Spreizungs- und Nachlaufwinkeln ausgegangen. Damit ergeben sich folgende Zusammenhänge zwischen der Antriebs- bzw. Bremskraft Fw,x und den dazugehörigen Komponenten des Lenkmomentes MA,a/b.
Beim Durchfahren einer Linkskurve ergeben sich die in
Die beiden Seitenkräfte tragen jeweils mit gleichem Vorzeichen zum Gesamtmoment bei, wohingegen die Antriebskräfte eine positive und eine negative Komponente
ergeben. Bei gleichmäßiger Verteilung der Antriebskräfte hebt sich deren Wirkung gegenseitig auf. An dieser Stelle knüpft das Konzept einer Lenkkraftunterstützung mittels radselektiver Antriebe an. Durch Verlagerung des Antriebsmomentes auf das kurvenäußere Rad (
surrender. If the driving forces are evenly distributed, their effects cancel each other out. This is where the concept of power steering by means of wheel-selective drives comes in. By shifting the drive torque to the wheel on the outside of the curve (
Die Umverteilung der Antriebsmomente hat des Weiteren auch Einfluss auf die Fahrzeugquerdynamik, da die beiden Kraftvektoren FA,l und FA,r einen Beitrag zum Giermoment (Moment um die z-Achse des Fahrzeugs) leisten (siehe Torque Vectoring).The redistribution of the drive torque also has an influence on the vehicle's lateral dynamics, since the two force vectors F A, l and F A, r contribute to the yaw moment (moment around the vehicle's z-axis) (see torque vectoring).
Torque Vectoring bezeichnet ein Verfahren, bei dem die Antriebsmomentverteilung eines Fahrzeuges variabel an jedem Rad vorgegeben werden kann, um damit entsprechend der Fahrsituation das Fahrzeugverhalten zu optimieren. Dies wird bei konventionellen Antrieben mit Verbrennungsmotor entweder über zwei regelbare Kupplungen oder über ein Überlagerungsgetriebe (Achsverteilergetriebe) umgesetzt.Torque vectoring refers to a method in which the drive torque distribution of a vehicle can be specified variably at each wheel in order to optimize the vehicle behavior according to the driving situation. In conventional drives with combustion engines, this is implemented either via two controllable clutches or via a superposition gear (axle transfer gear).
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug mit einem radselektiven Antrieb, insbesondere mit radindividuellen elektrischen Antrieben, kann Torque Vectoring über das Ansteuern der einzelnen Radantriebe realisiert werden. Zur Ansteuerung des radselektiven Antriebs weist das Fahrzeug ein zweites Lenkkraftmodul auf. Das zweite Lenkkraftmodul kann in den gleichen Varianten wie das erste Lenkkraftmodul aufgebaut sein. Mittels Torque Vectoring wird die Fahrdynamik, insbesondere das Giermoment, beeinflusst, wodurch sich optional folgende Anwendungen ergeben:
- • Agilitätssteigerung (zusätzliches Giermoment zur Verbesserung des Einlenkverhaltens)
- • Gierdämpfung (stabilisierendes Giermoment, der Gierrate entgegengesetzt)
- • Erhöhung der Fahrsicherheit
- • Verbesserung des Komforts
- • Increase in agility (additional yaw moment to improve steering behavior)
- • Yaw damping (stabilizing yaw moment, opposite to yaw rate)
- • Increase in driving safety
- • Improving comfort
Ein weiterer Effekt des Torque Vectorings ist die mögliche Reduktion des Lenkwinkelbedarfs in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung. Neben dem Torque Vectoring stellt das „Elektronische Stabilitätsprogramm“ (ESP) eine weitere Möglichkeit der Fahrdynamikregelung dar. Beim ESP wird aber ausschließlich durch Abbremsen einzelner Räder das Giermoment beeinflusst. Torque Vectoring kann somit als Erweiterung der Fahrdynamikregelung für den Antriebszustand gesehen werden.Another effect of torque vectoring is the possible reduction in the steering angle requirement depending on the lateral acceleration. In addition to torque vectoring, the "Electronic Stability Program" (ESP) is another option for vehicle dynamics control. With ESP, however, the yaw moment is only influenced by braking individual wheels. Torque vectoring can therefore be seen as an extension of the vehicle dynamics control for the drive state.
Bei einer Lenkkraftunterstützung mittels radselektivem Antrieb wird Torque Vectoring an der gelenkten Achse eingesetzt, wobei konventionell die Reduktion des Lenkradmomentes im Vordergrund steht. Die Beeinflussung des Giermoments ist dabei zwangsweise auch vorhanden, sodass oben genannte Effekte ebenfalls in Erscheinung treten können.In the case of steering assistance by means of a wheel-selective drive, torque vectoring is used on the steered axle, with the conventional focus on reducing the steering wheel torque. The yaw moment is inevitably influenced, so that the above-mentioned effects can also appear.
Die Lenkkrafteinrichtung dient dazu, das vom Fahrer aufzubringende Lenkradmoment auf ein gewünschtes Maß zu reduzieren. Vorzugswiese werden zwei Grundbauarten unterschieden, die alternativ verwendet werden können: die hydraulisch unterstützten Lenksysteme (HPS, hydraulic power steering) und die elektrisch unterstützten Lenksysteme (EPS, electric power steering), welche der Standard in aktuellen PKWs sind. Bei einer elektromechanischen Lenkungsanlage wird das Unterstützungsmoment der Lenkkrafteinrichtung durch einen Elektromotor bereitgestellt und je nach Bauart direkt an der Lenksäule oder im Lenkgetriebe eingeleitet. Das Lenkradmoment wird über einen Drehmomentsensor gemessen und an ein Steuergerät gemeldet. Dieses berechnet daraus das nötige Unterstützungsmoment, das der Elektromotor erzeugt und über ein Getriebe in das Lenksystem einleitet. Des Weiteren kann mit einem EPS-System über das Steuergerät auch eine Vielzahl an Zusatzfunktionen realisiert werden, die den Einsatz von modernen Fahrerassistenzsystemen ermöglichen (z. B. Parkassistent, Spurhalteassistent).The steering force device is used to reduce the steering wheel torque to be applied by the driver to a desired level. A distinction is preferably made between two basic types that can be used alternatively: the hydraulically assisted steering systems (HPS, hydraulic power steering) and the electrically assisted steering systems (EPS, electric power steering), which are the standard in current cars. In the case of an electromechanical steering system, the assist torque of the steering force device is provided by an electric motor and, depending on the design, is initiated directly on the steering column or in the steering gear. The steering wheel torque is measured by a torque sensor and reported to a control unit. This calculates the necessary support torque, which the electric motor generates and transfers to the steering system via a gearbox. Furthermore, with an EPS system, a large number of additional functions can be implemented via the control unit, which enable the use of modern driver assistance systems (e.g. parking assistant, lane departure warning system).
Optional ergänzend ist eine Überlagerungslenkung vorgesehen. Die Überlagerungslenkung verändert die Lenkübersetzung, indem sie zusätzlich zu dem vom Fahrer gestellten Lenkradwinkel in einem Überlagerungsgetriebe einen Stellwinkel einbringt, ohne den Lenkradwinkel zu verändern. Dadurch wird in Abhängigkeit vom Fahrzustand die Direktheit der Lenkung angepasst. Somit können ein stabiles, indirektes Lenkverhalten (große Lenkübersetzung) bei hohen Geschwindigkeiten und ein direktes, agiles Lenken (kleine Lenkübersetzung) bei Stadtfahrten und beim Einparken realisiert werden. Auch stabilisierende Lenkeingriffe der Assistenzsysteme sind ohne störende Rückmeldung an den Fahrer möglich. Die Überlagerungslenkung wird bevorzugt mit den zuvor beschriebenen Komponenten umgesetzt.A superimposed steering system is also provided as an option. The superimposed steering changes the steering ratio in that, in addition to the steering wheel angle set by the driver, it introduces an adjusting angle in a superimposed gear without changing the steering wheel angle. As a result, the directness of the steering is adjusted depending on the driving situation. This enables stable, indirect steering behavior (large steering ratio) at high speeds and direct, agile steering (small steering ratio) when driving around town and when parking. Stabilizing steering interventions by the assistance systems are also possible without disruptive feedback to the driver. The superimposed steering is preferably implemented with the components described above.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Fahrzeug ein Aktormodul aufweist, wobei das Aktormodul programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist, das erste und das zweite Lenkkraftmodul anzusteuern. Das Aktormodul kann als ein Softwaremodul und/oder als ein Hardwaremodul ausgebildet sein.In the context of the invention it is proposed that the vehicle has an actuator module, wherein the actuator module is designed in terms of programming and / or circuitry to control the first and the second steering force module. The actuator module can be designed as a software module and / or as a hardware module.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Aktormodul die beiden anderen Module derart ansteuert, dass ein Zwischenabschnitt des Lenksystems zwischen der Lenkkrafteinrichtung und den angetriebenen Rädern elastisch verspannt wird. Das Aktormodul bildet eine Steuereinrichtung zur Kontrolle der Stärke der elastischen Verspannung. Insbesondere wird ein Steuer- und/oder Regelkreis gebildet, wobei die Stärke der elastischen Verspannung eine Stellgröße bildet. Die Stärke der elastischen Verspannung kann beispielsweise als eine elastische Verformung der Spurstangen hervorgebracht durch Axialkräfte in den Spurstangen als Teil des Zwischenabschnitts ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Wert für die elastische Verspannung als ein Sollwert z.B. von einem einer Steuereinrichtung über eine Schnittstelle vorgegeben werden, welcher dann über das Aktormodul als Steuereinrichtung eingestellt wird.According to the invention, it is provided that the actuator module controls the other two modules in such a way that an intermediate section of the steering system is elastically tensioned between the steering force device and the driven wheels. The actuator module forms a control device for controlling the strength of the elastic tension. In particular, a control and / or regulating circuit is formed, the strength of the elastic tension forming a manipulated variable. The strength of the elastic bracing can for example be designed as an elastic deformation of the tie rods brought about by axial forces in the tie rods as part of the intermediate section. For example, a value for the elastic tension can be specified as a setpoint value, e.g. by a control device via an interface, which is then set via the actuator module as the control device.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch eine gezielte und gemeinsame Ansteuerung des ersten und des zweiten Lenkkraftmoduls die Stärke der elastischen Verspannung gezielt eingestellt und dadurch in die Fahrzeugdynamik eingegriffen werden kann. Insbesondere werden durch den Einsatz einer Lenkkraftunterstützung mittels radselektiver Antriebe die elastokinematischen Effekte im Lenksystem reduziert, da die Unterstützungskraft direkt am Radaufstandspunkt eingebracht wird. Dadurch wird das gesamte Lenksystem entlastet, was geringere elastische Verformungen zur Folge hat. Bei der konventionellen Lenkraftunterstützungseinrichtung hingegen wird nur der Teil des Lenksystems entlastet, der sich zwischen Lenkrad und Lenkraftunterstützungseinrichtung befindet.It is a consideration of the invention that the strength of the elastic tension can be set in a targeted manner through a targeted and joint control of the first and the second steering force module, and thereby the vehicle dynamics can be intervened. In particular, the use of steering force assistance by means of wheel-selective drives reduces the elastokinematic effects in the steering system, since the assistance force is applied directly at the wheel contact point. This relieves the load on the entire steering system, which results in less elastic deformation. In the conventional steering power assistance device, on the other hand, only that part of the steering system that is located between the steering wheel and the steering power assistance device is relieved.
Ein gezieltes Ausnutzen dieses Effektes in Kombination mit dem auftretenden Torque-Vectoring ermöglicht eine gezielte Beeinflussung der Direktheit des Fahrzeugs und/oder eine Variation des Lenkradwinkelbedarfs.A targeted use of this effect in combination with the occurring torque vectoring enables a targeted influence on the directness of the vehicle and / or a variation of the steering wheel angle requirement.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist durch das Aktormodul eine Verspannung des Zwischenabschnitts einstellbar. Vorzugsweise wird die Verspannung des Zwischenabschnitts in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingestellt. Vorzugsweise wird die Verspannung bei konstanter Geschwindigkeit konstant gehalten. In dieser Ausgestaltung ist es möglich, bei einer Lenkwinkeländerung bei niedriger Geschwindigkeit (z.B. kleiner als 30km/h) eine geringere Verspannung in dem Zwischenabschnitt und somit eine resultierende höhere Direktheit in dem Lenksystem einzustellen und erst bei einer Lenkwinkeländerung bei höheren Geschwindigkeiten (z.B. größer als 100 km/h) die Verspannung zu erhöhen und insbesondere die Direktheit zu erniedrigen.In a preferred embodiment of the invention, a bracing of the intermediate section can be set by the actuator module. The bracing of the intermediate section is preferably set as a function of a speed of the vehicle. The tension is preferably kept constant at a constant speed. In this embodiment, it is possible to set a lower tension in the intermediate section and thus a resulting greater directness in the steering system when the steering angle is changed at low speed (e.g. less than 30 km / h) and only when the steering angle is changed at higher speeds (e.g. greater than 100 km / h) to increase the tension and in particular to lower the directness.
Es ist besonders bevorzugt, dass das Aktormodul ausgebildet ist, das erste Lenkkraftmodul zum Ändern des Lenkwinkels in eine erste Richtung und zeitgleich das zweite Lenkkraftmodul zum Ändern des Lenkwinkels in eine zweite Richtung anzusteuern. Alternativ oder ergänzend werden die beiden Lenkkraftmodule angesteuert, den Lenkwinkel in gegensinnige Richtungen zu verdrehen. Durch das gegensinnige Verdrehen wird der Zwischenabschnitt des Lenksystems zwischen dem radselektiven Antrieb und der Lenkkrafteinrichtung elastisch verspannt.It is particularly preferred that the actuator module is designed to control the first steering force module to change the steering angle in a first direction and at the same time control the second steering force module to change the steering angle in a second direction. As an alternative or in addition, the two steering force modules are activated to rotate the steering angle in opposite directions. By rotating in opposite directions, the intermediate section of the steering system is elastically tensioned between the wheel-selective drive and the steering force device.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Aktormodul eine Eingangsschnittstelle zur Übernahme einer Information über eine überlagerte Lenkwinkeländerung aufweist, wobei das Aktormodul ausgebildet ist, in Abhängigkeit der überlagerten Lenkwinkeländerung als eine Eingangsgröße das erste und das zweite Lenkkraftmodul anzusteuern, so dass der überlagerte Lenkwinkel realisiert und die daraus resultierende Lenkradwinkeländerung kompensiert und/oder verkleinert ist. Vorzugsweise weist das Fahrzeug ein Assistenzsystem auf, welche die Lenkwinkeländerung einleitet.In a preferred development, it is provided that the actuator module has an input interface for accepting information about a superimposed steering angle change, the actuator module being designed to control the first and the second steering force module as an input variable as a function of the superimposed steering angle change, so that the superimposed steering angle is realized and the resulting change in the steering wheel angle is compensated and / or reduced. The vehicle preferably has an assistance system which initiates the change in the steering angle.
In Kombination mit einem derartigen Assistenzsystemen, das Lenkkorrekturen ausführt (z.B. Spurhalteassistent) können somit weitere Effekte ausgenutzt werden: Durch Kombination der Lenkkraftunterstützung mittels radselektiver Antriebe mit der Lenkkrafteinrichtung ergeben sich zwei Möglichkeiten zur Einleitung der Unterstützungskraft. Diese befinden sich zum einen im Rad-Straße-Kontakt und zum anderen im Lenksystem. Das am Lenkrad anliegende Lenkradmoment kann durch Kombination der beiden Unterstützungskräfte beeinflusst werden. Dadurch ergibt sich ein weiterer Freiheitsgrad, welcher bei vorgegebenem Lenkradmoment eine beliebige Verteilung der beiden Unterstützungskräfte zulässt. Die Verteilung der Unterstützungskräfte beeinflusst wiederum die Belastung des Lenksystems zwischen dem Radaufstandspunkt und der Lenkrafteinrichtung. Da diese Belastung zu einer elastischen Deformation und damit zu einem Differenzwinkel führt, lässt sich auf diese Weise gezielt ein Differenzwinkel aufprägen ohne das Lenkradmoment und somit den Fahrer zu beeinflussen. Dies hat einen erhöhten Komfort bei Assistenzsystemen (bspw. Spurhalteassistenz) zur Folge, da die Lenkkrafteinrichtung und/oder der radselektive Antrieb Rückwirkungen des durch die radselektiven Antriebe erzeugten Lenkeingriffs auf den Fahrer kompensieren kann.In combination with an assistance system of this type that carries out steering corrections (e.g. lane departure warning system), further effects can be used: By combining the steering force assistance by means of wheel-selective drives with the steering force device, there are two options for introducing the assistance force. These are on the one hand in the wheel-road contact and on the other hand in the steering system. The steering wheel torque applied to the steering wheel can be influenced by combining the two support forces. This results in a further degree of freedom, which allows any distribution of the two support forces for a given steering wheel torque. The distribution of the support forces in turn influences the load on the steering system between the wheel contact point and the steering force device. Since this load leads to an elastic deformation and thus to a differential angle, a differential angle can be specifically impressed in this way without influencing the steering wheel torque and thus the driver. This results in increased comfort in assistance systems (for example lane keeping assistance), since the steering force device and / or the wheel-selective drive can compensate for the reaction of the steering intervention generated by the wheel-selective drives on the driver.
Prinzipiell kann der radselektive Antrieb z.B. als zwei voneinander unabhängig ausgebildete radnahe Antriebe ausgebildet sein.In principle, the wheel-selective drive can be designed, for example, as two independent drives that are close to the wheel.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der radselektive Antrieb als zwei Elektromotoren ausgebildet, wobei jedem der angetriebenen Räder ein Elektromotor zugeordnet ist. Insbesondere sind die Elektromotoren als Radnabenmotoren ausgebildet. In dieser Ausgestaltung sind keine konstruktiven Ergänzungen notwendig, um den radselektiven Antrieb für eine Steuerung der Lenkkräfte zu verwenden.In a preferred embodiment of the invention, the wheel-selective drive is designed as two electric motors, an electric motor being assigned to each of the driven wheels. In particular, the electric motors are designed as wheel hub motors. In this embodiment, no constructive additions are necessary in order to use the wheel-selective drive to control the steering forces.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, welches wie zuvor beschrieben realisiert ist. Das Fahrzeug ist zur Umsetzung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet.Another object of the invention relates to a vehicle which is implemented as described above. The vehicle is designed to implement the method described above.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der Figuren. Diese zeigen:
-
1 Reifen-Fahrbahn-Kontakt angreifende Kräfte am Beispiel des linken Vorderrades nach Pfeffer, P., & Harrer, M. (Hrsg.). (2013). Lenkungshandbuch : Lenksysteme, Lenkgefühl, Fahrdynamik von Kraftfahrzeugen. Wiesbaden: Springer Vieweg; -
2 Funktionsprinzip einer Lenkkraftunterstützung mittels radselektiver Antriebe; links ohne und rechts mit Lenkkraftunterstützung; Lenkgeometrie vereinfacht (Spreizungswinkel 0°,Nachlaufwinkel 0°); -
3 Lineares Einspurmodell einer Lenkung, stationäre Kreisfahrt; -
4 Graph zur Darstellung von dem Lenkwinkel über den Lenkradwinkel, Einflüsse des Torque Vectoring und der Elastokinematik; -
5 Graph zur Illustration der Reduktion der Auswirkung des Lenkeingriffs am Lenkrad; -
6 schematische Darstellung eines Fahrzeugs zur Umsetzung des Verfahrens.
-
1 Forces acting on tire-road surface using the example of the left front wheel according to Pfeffer, P., & Harrer, M. (Eds.). (2013). Steering manual: steering systems, steering feel, driving dynamics of motor vehicles. Wiesbaden: Springer Vieweg; -
2 Functional principle of steering power assistance by means of wheel-selective drives; left without and right with power assistance; Steering geometry simplified (angle ofspread 0 °,caster angle 0 °); -
3 Linear single-track model of a steering system, stationary circular travel; -
4th Graph to show the steering angle over the steering wheel angle, influences of torque vectoring and elastokinematics; -
5 Graph to illustrate the reduction in the effect of the steering intervention on the steering wheel; -
6th schematic representation of a vehicle for implementing the method.
Zum Durchfahren einer Kurve mit definiertem Radius R wird (gemäß Einspurmodell,
Dieser Lenkradwinkelbedarf wird des Weiteren durch das mittels radselektiver Antriebe erzeugte Torque Vectoring beeinflusst. Das durch das Torque Vectoring hervorgerufene (und die Kurvenfahrt begünstigende) Giermoment reduziert einerseits den vorderen Schräglaufwinkel und erhöht andererseits den hinteren Schräglaufwinkel. Wie aus der eingangs erwähnten Beziehung deutlich wird, wird dadurch der Lenkwinkel zum Erreichen des gleichen Kurvenradius geringer als bei konventionellen Systemen. Weiterhin werden durch die Reduktion des vorderen Schräglaufwinkels die Seitenkräfte vorne reduziert. Dies hat eine Reduktion der Rückstellkräfte und damit einen weiteren Einfluss auf das Lenkmoment/Lenkradmoment zur Folge. Ebenso wird der elastokinematische Effekt beeinflusst, was eine nochmalige Verringerung des Lenkradwinkelbedarfs zur Folge hat. In
Der mittels elastischem Verspannen realisierbare Korrekturwinkel ist wegen der limitierenden Festigkeiten der Komponenten des Lenksystems begrenzt. Das System ist aber in der Lage kleine Korrekturen ohne Rückwirkung auf den Fahrer durchzuführen und kann bei größeren Lenkwinkelkorrekturen diese gedämpft und in reduziertem Umfang an den Fahrer weiterleiten. Somit ist eine Glättung des durch Assistenzsysteme hervorgerufenen Lenkradwinkelverlaufs und eine damit verbundene Steigerung des Fahrkomforts realisierbar.The correction angle that can be realized by means of elastic bracing is limited because of the limiting strengths of the components of the steering system. However, the system is able to carry out small corrections without affecting the driver and, in the case of larger steering angle corrections, can attenuate them and forward them to the driver to a reduced extent. In this way, the steering wheel angle profile caused by assistance systems can be smoothed and the driving comfort can be increased.
In der
Die
Das Fahrzeug
Zur Steuerung der Lenkkrafteinrichtung
Zwischen der Lenkrafteinrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- gelenkte Achsesteered axle
- 33
- angetriebene Räderdriven wheels
- 44th
- Elektromotor des radselektiven AntriebsElectric motor of the wheel selective drive
- 55
- LenksystemSteering system
- 66th
- Lenkradsteering wheel
- 77th
- LenksäuleSteering column
- 88th
- SpurstangenTie rods
- 99
- RadträgerWheel carrier
- 1010
- LenkkrafteinrichtungSteering force device
- 1111
- erstes Lenkkraftmodulfirst steering force module
- 1212th
- zweites Lenkkraftmodulsecond steering force module
- 1313th
- AktormodulActuator module
- 1414th
- SteuereinrichtungControl device
- 1515th
- ZwischenabschnittIntermediate section
- 1616
- FahrerassistenzsystemDriver assistance system
Claims (10)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016210126.9A DE102016210126B4 (en) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | Method for controlling a vehicle and vehicle for implementing the method |
PCT/DE2017/100108 WO2017211338A1 (en) | 2016-06-08 | 2017-02-13 | Method for controlling a vehicle, and vehicle for implementing the method |
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