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Die vorliegenden Lehren betreffen allgemein Anordnungen, die Wissen über eine einstellbare Echtzeitneigungs- und/oder teleskopischen Lenkposition einer Lenksäule und/oder eines Lenkrads nutzen, um eine beabsichtigte Lenkreaktion und ein Lenkmomentfeedback zu liefern.
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Lenksysteme haben inhärente Nichtlinearitäten aufgrund der geometrischen Position und des Winkelverhaltens der für die Platznutzung erforderlichen Kardangelenke. Insbesondere ein Bewegen des Lenkrads nach innen und außen (Teleskopieren) und/oder nach oben und unten (Neigen oder Schrägstellen) kann Abweichungen in der beabsichtigten nominellen Funktion (z. B. Reaktion) des Lenksystems verursachen. Konventionelle Fahrzeuge versuchen, solche positionellen (geometrischen) Veränderungen im Lenksystem zu kompensieren, allerdings sind solche Kompensationseffekte nur bemerkbar, wenn der Fahrer das Lenkrad in der Position hält, in der die Fahrzeugentwicklung erfolgte (d. h., in der Geradeausposition). Alle anderen Positionen werden mehr Reaktion (und mehr Lenkmomentfeedback) oder weniger Reaktion (und weniger Lenkmomentfeedback) als diese nominelle Funktion sehen. Insbesondere liefern konventionelle lenkbare Fahrzeuge eine beabsichtigte (d. h. technische oder nominelle) Lenkreaktion und ein Lenkmomentfeedback in nur einer (z. B. nomineller oder Referenz-(z. B. Mittelpunkt))Neigungs- und/oder teleskopischen (z. B. Mittelpunkt-)Lenkposition, sodass bei nicht nominellen Neigungs- und/oder teleskopischen Lenkpositionen Reaktionen und Feedback zu fühlen sind, die unbeabsichtigt (differierend) sind. Dementsprechend wäre es für ein lenkbares Fahrzeug wünschenswert, dieselbe (d. h., im Wesentlichen konsistente) beabsichtigte (d. h., technische oder nominelle) Lenkreaktion und ein Lenkmomentfeedback innerhalb der gesamten Bereiche einstellbarer Neigungs- und/oder teleskopischen Lenkpositionen einer Lenksäule und/oder eines Lenkrads zu liefern.
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Gemäß den verschiedenen offenbarten Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Steuern nomineller Fahrzeuglenkeigenschaften in einem Fahrzeuglenksystem offenbart. Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer tatsächlichen Position einer einstellbaren Lenkkomponente des Fahrzeugs, das Vergleichen der tatsächlichen Position mit einer Referenzposition der Komponente, und, mindestens teilweise basierend auf dem Vergleich, das Einstellen der Lenkungsübersetzung und/oder eines Lenkmomentfeedbacks im Fahrzeuglenksystem.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet das Vergleichen der tatsächlichen Position mit der Referenzposition der Komponente das Bestimmen eines Prozentsatzes der Veränderung der Lenkungsübersetzung an jedem Lenkradwinkel in einem Bereich möglicher Lenkradwinkel. Beispielsweise in einem vollständigen Bereich (von Anschlag zu Anschlag) möglicher Lenkradwinkel für das Fahrzeug.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft das Einstellen der Lenkungsübersetzung und/oder des Lenkmomentfeedbacks und beinhaltet das Einstellen der Lenkungsübersetzung oder des Lenkmomentfeedbacks auf einen Nennwert in Verbindung mit den nominellen Fahrzeuglenkeigenschaften.
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Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Steuern nomineller Fahrzeuglenkeigenschaften in einem Fahrzeuglenksystem das Bestimmen einer tatsächlichen Position einer einstellbaren Lenkkomponente des Fahrzeugs, das Vergleichen der tatsächlichen Position mit einer Referenzposition der Komponente, mindestens teilweise basierend auf dem Vergleich das Berechnen eines Prozentsatzes der Veränderung in einer Lenkungsübersetzung für einen Bereich von Lenkradwinkeln, und basierend auf dem Prozentsatz der Veränderung das Einstellen der Lenkungsübersetzung und/oder eines Lenkmomentfeedbacks in dem Fahrzeuglenksystem auf einen Nennwert in Verbindung mit den nominellen Fahrzeuglenkeigenschaften.
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Gemäß den verschiedenen offenbarten Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Steuern nomineller Fahrzeuglenkeigenschaften in einem Fahrzeuglenksystem offenbart. Das System umfasst mindestens einen Sensor, der dazu ausgelegt ist, Daten im Zusammenhang mit einer Position von mindestens einer Komponente des Lenksystems bereitzustellen, eine Steuerung, die mit mindestens einem Sensor wirkverbunden ist und dazu ausgelegt ist: eine tatsächliche Position einer einstellbaren Lenkkomponente des Fahrzeugs basierend auf Sensordaten zu bestimmen, die tatsächliche Position mit einer Referenzposition der Komponente zu vergleichen, und mindestens teilweise basierend auf dem Vergleich die Lenkungsübersetzung und/oder ein Lenkmomentfeedback in dem Fahrzeuglenksystem einzustellen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Fahrzeug offenbart, das gesteuerte nominelle Fahrzeuglenkeigenschaften in einem Fahrzeuglenksystem hat. Das Fahrzeug umfasst ein Lenkrad, eine Lenksäule, mindestens einen Sensor, der dazu ausgelegt ist, Daten im Zusammenhang mit einer Position von mindestens dem Lenkrad und/oder der Lenksäule bereitzustellen, eine Steuerung, die mit mindestens einem Sensor wirkverbunden ist und dazu ausgelegt ist: eine tatsächliche Position einer einstellbaren Lenkkomponente des Fahrzeugs basierend auf Sensordaten zu bestimmen, die tatsächliche Position mit einer Referenzposition der Komponente zu vergleichen, und mindestens teilweise basierend auf dem Vergleich die Lenkungsübersetzung und/oder ein Lenkmomentfeedback in dem Fahrzeuglenksystem einzustellen.
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Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft ein nicht flüchtiges, materielles, maschinenlesbares Medium, das ein Programm enthält, welches, wenn implementiert über eine Steuerung, Operationen zum Steuern nomineller Fahrzeuglenkeigenschaften in einem Fahrzeuglenksystem erwirkt, wobei die Operationen Folgendes umfassen: Bestimmen einer tatsächlichen Position einer einstellbaren Lenkkomponente des Fahrzeugs; Vergleichen der tatsächlichen Position mit einer Referenzposition der Komponente; und mindestens teilweise basierend auf dem Vergleich Einstellen der Lenkungsübersetzung und/oder eines Lenkmomentfeedbacks im Fahrzeuglenksystem.
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Zusätzliche Ziele und Vorteile werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden zum Teil aus der Beschreibung offensichtlich oder können durch Umsetzung der vorliegenden Lehren gelernt werden. Die Ziele und Vorteile der Lehren werden über die Elemente und Kombinationen, die insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind, erfüllt und erreicht.
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Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung nur beispielhaft und erklärend sind und die vorliegende Offenbarung, wie beansprucht, nicht beschränken. Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung enthalten und Teil dieser Beschreibung sind, stellen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Prinzipien der Offenbarung zu erklären.
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Zumindest einige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung entsprechender Ausführungsbeispiele deutlich, wobei die Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen betrachtet werden sollte, wobei:
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1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Lenksystems gemäß den vorliegenden Lehren darstellt.
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2 ein Diagramm ist, das beispielhafte Schwankungen in der Amplitude und Phaseneinstellung eines Lenkmomentfeedbacks (SWT – Steering Wheel Torque) aufgrund der Neigungs- und Teleskopierposition in einem Fahrzeuglenksystem darstellt.
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3 ein Diagramm ist, das beispielhafte Schwankungen in der Amplitude und Phaseneinstellung einer Lenkungsübersetzung (SR – Steering Ratio) aufgrund der Neigungs- und Teleskopierposition in einem Fahrzeuglenksystem darstellt, resultierend in Veränderungen der Fahrzeugreaktion auf einen Lenkradwinkeleingang (SWA – Steering Wheel Angle) entsprechend den vorliegenden Lehren.
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4 ein beispielhaftes Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Kompensieren der Neigungs- und Teleskopierposition in einem Fahrzeuglenksystem entsprechend den vorliegenden Lehren darstellt.
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Obwohl die folgende ausführliche Beschreibung Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen nimmt, werden für einen Fachmann viele Alternativen, Modifikationen und Variationen derselben ersichtlich sein. Entsprechend ist beabsichtigt, dass der beanspruchte Gegenstand allgemein betrachtet wird.
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Nun wird ausführlich Bezug auf verschiedene Ausführungsformen genommen, von denen einige als Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt werden. Es ist nicht beabsichtigt, dass diese verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen die Offenbarung beschränken. Vielmehr ist beabsichtigt, dass die Offenbarung Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken soll.
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Während die vorliegenden Lehren unter Verwendung einer zweirädrigen Lenkanordnung eines vierrädrigen Kraftfahrzeugs als ein Beispiel beschrieben werden, ist die praktische Umsetzung der vorliegenden Offenbarung nicht darauf beschränkt, z. B. zieht die vorliegende Offenbarung in Betracht, dass die Lehren mit einrädrigen oder zweirädrigen Lenkungsanordnungen dreirädriger Kraftfahrzeuge praktiziert werden können usw.
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Ferner werden zwar die vorliegenden Lehren unter Verwendung einer aktiven Vorderachslenkungsanordnung beschrieben, doch ist das Praktizieren der vorliegenden Offenbarung nicht darauf begrenzt, z. B. zieht die vorliegende Offenbarung in Betracht, dass die Lehren mit einer aktiven Hinterachslenkungsanordnung oder parallel (z. B. gleichzeitig) mit einer aktiven Vorder- und einer aktiven Hinterachslenkungsanordnung praktiziert werden können.
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Eine aktive Lenkung kann beschrieben werden als ein Lenksystem für ein Fahrzeug, in dem eine Beziehung (z. B. eine Lenkungsübersetzung (SR – Steering Ratio)) zwischen Lenkeingaben eines Fahrers und einem Winkel der gelenkten Straßenräder kontinuierlich und intelligent verändert werden kann. Beispielsweise kann eine aktive Lenkung bei niedrigeren Geschwindigkeiten den Betrag (z. B. die Verhältniszahl) um den das Lenkrad gedreht werden muss, um die Straßenräder zu drehen, reduzieren – dadurch verbessert sich die Leistung in Situationen wie Einparken und bei anderen Verkehrsmanövern im urbanen Bereich. Bei höheren Geschwindigkeiten kann die aktive Lenkung den Betrag (z. B. die Verhältniszahl), um den das Lenkrad gedreht werden muss, um die Straßenräder zu drehen, erhöhen, d. h., so, dass die normale erhöhte Ansprechbarkeit auf die Geschwindigkeit vermieden und eine verbesserte Richtungsstabilität bereitgestellt wird.
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Wie im Hintergrund bereits angemerkt, haben Lenksysteme inhärente Nichtlinearitäten aufgrund der geometrischen Position und des Winkelverhaltens der beispielsweise für die Platznutzung eines Radfahrzeugs erforderlichen Kardangelenke. Diese Nichtlinearitäten tragen zu Abweichungen von einer beabsichtigten allgemeinen Lenkerfahrung hinsichtlich des Ansprechens des Fahrzeugs und des Lenkmomentfeedbacks bei. Insbesondere entsteht eine Quelle von Abweichung von dem erkannten oder abgeleiteten Lenkradgefühl aufgrund der physikalischen Geometrie der Kardangelenke, Wellen usw., die in dem Lenksystem präsent sein können. Das heißt, wenn zwei Komponenten durch ein Gelenk und in einem Winkel verbunden sind, kann eine Drehung des Lenkrads von diesen Komponenten nicht exakt übersetzt werden. In der Regel gibt es eine angemessen starke Phasenüberlagerung von 180°. Angenommen, diese Überlagerung ist über der Geradeaus-Lenkradposition zentriert, kann diese Überlagerung ausgewählt werden, um die allgemeine Lenkungsübersetzung in der Mitte zu erhöhen oder zu verringern. Wenn der Fahrer um +/–90º lenkt, wird dieser Effekt umgekehrt.
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Als ein Ergebnis des Vorstehenden kann eine Messung des Lenkradwinkels (α), den in einem Winkel verbundenen Komponenten (beispielsweise Wellen) nachgelagert gemessen, einen Fehler enthalten. Die Geometrie ist so, dass eine Schwankung in dem Winkel, um den das Lenkrad gedreht wurde, nicht notwendigerweise mit einer gleichen Schwankung im Winkel der Abtriebswelle korrespondiert. Jede Verbindungsstelle führt eine andere Phaseneinstellung an ihrer Eingangswelle und dem Winkel an ihrer Abtriebswelle ein, was auf den Winkel zwischen den verbundenen Komponenten (der von null oder 180° verschieden ist), Steifigkeit, Reibung, Haftreibung, Spiel und möglicherweise auch andere Faktoren zurückzuführen ist. Der Betrag der eingeführten Phasenverschiebung kann auch von der Drehzahl der Wellen, dem Winkel der Gelenke, dem Winkel zwischen den Wellen usw. abhängen.
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Eine weitere mögliche Quelle für Abweichung vom beabsichtigten Lenkradgefühl besteht darin, dass Lenkräder beispielsweise substanzielle Komponenten wie Airbags, Steuervorrichtungen und Sicherheitsfunktionen beinhalten können. Daher kann das Gewicht des Lenkrads (und aus diesen und anderen Gründen auch der Lenksäule) nicht gleichmäßig rings um seinen Drehpunkt verteilt werden, und dies kann beim Drehen des Lenkrads ein unerwünschtes, schwankendes Drehmoment generieren. Mit anderen Worten, das Lenkradsystem verhält sich so, als gäbe es eine exzentrische Masse, versetzt von der Drehachse, und diese Versatzmasse kann ein unerwünschtes und schwankendes Drehmoment generieren, das hier als Drehmomentbeitrag (Tweight) bezeichnet wird. Die Größenordnung oder der Betrag eines solchen schwankenden Drehmoments kann mit Veränderungen der einstellbaren Neigungs- und/oder teleskopischen Lenkpositionen einer Lenksäule und/oder eines Lenkrades variieren. Beispielsweise kann eine Lenksäule eine stärker horizontale Positionierungsebene haben, eine geringere Größenordnung oder einen geringeren Betrag von schwankendem Drehmoment erfahren, während ein Lenkrad eine stärker vertikale Positionierungsebene haben und eine größere Größenordnung oder einen größeren Betrag von schwankendem Drehmoment haben kann (d. h., die exzentrische Masse würde sich in einer stärker vertikalen Lenkradpositionierungsebene in einem größeren Maß nach oben und unten bewegen).
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Im Ergebnis dessen kann ein tatsächlich gemessenes oder von einem Fahrzeugfahrer gefühltes Drehmoment auch dann nicht konstant sein, wenn sich das Lenkrad mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, sondern stattdessen eine Schwankung enthalten, deren Grad von den Einstellungen der Lenksäule/des Radsturzes/der Teleskopierung und vom Lenkradwinkel (α) abhängt. Dies wiederum hat einen Einfluss (verursacht beispielsweise Nichtlinearität) auf das Lenkgefühl.
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Andere Auswirkungen der Ausgleichsmasse können auf der Ausgangsseite des Systems der Servolenkung (PAS – Power Assisted Steering) erscheinen. Der Drehmomentbeitrag (Tweight) ist ein Drehmoment, gegen das der Elektromotor „kämpfen“ muss. Wenn der Elektromotor beispielsweise ein konstantes Drehmoment bereitstellt, wird dieses nicht in eine lineare Bewegung (konstante Winkelgeschwindigkeit) des Lenkrades übersetzt, denn wenn das Ausgleichsgewicht „angehoben“ wird (z. B. in einer stärker vertikalen Lenkradpositionsebene), sinkt die Lenkradgeschwindigkeit; analog steigt die Lenkradgeschwindigkeit (aufgrund des zusätzlichen Moments des Gewichts), wenn das Gewicht „fällt“.
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Die vorliegende Offenbarung versucht, bestimmte, nicht wünschenswerte Effekte dieser und anderer Faktoren oder „Fehlerzustände“ zu lindern. In den nachfolgend diskutierten beispielhaften Ausführungsformen werden Verfahren und Systeme beschrieben, die die nicht lineare Gelenkgeometrie und das unausgewuchtete Gewicht der Säule/des Lenkrads kompensieren und/oder lindern.
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Leider wäre vor den Lehren dieser Offenbarung die beabsichtigte allgemeine Lenkerfahrung idealerweise bei nur einer Lenkradposition (nominelle oder Referenzposition) hinsichtlich der Einstellung ihrer Schrägstellung (der Neigung nach oben und unten) und/oder Teleskopierung (zum Fahrer hin oder vom Fahrer weg) zu erreichen gewesen. Wenn der Fahrer die Radposition außerhalb ihrer nominellen oder Referenzposition verstellt, werden durch den geometrischen Effekt dieser Veränderung sowohl die Größenordnung als auch die Phasenbeziehung der Veränderung der Lenkübersetzung eingestellt, beispielsweise aufgrund der Kardangelenke. Folglich wird nur der Fahrer, der das Lenkrad in der Referenzposition hält, in der die Fahrzeugentwicklung erfolgte, die beabsichtigte nominelle Lenkfunktion tatsächlich erleben. Alle anderen Positionen werden mehr Reaktion (und mehr Lenkmomentfeedback) oder weniger Reaktion (und weniger Lenkmomentfeedback) als diese nominelle sehen.
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Die vorliegende Offenbarung stellt Verfahren und Systeme bereit, die diesen Effekt an Fahrzeugen kompensieren, die beispielsweise Systeme zur aktiven Vorderachslenkung (AFS – Active Front Steering) haben. Richtig ausgewählt, kann der Effekt einer aktiven Lenkung genutzt werden, mit den inhärenten Nichtlinearitäten von Lenkrad/-säule, Fahrgestell und Reifenreaktion zu harmonisieren, um eine beabsichtigte allgemeine Lenkerfahrung sowohl hinsichtlich der Reaktion als auch hinsichtlich des Lenkmomentfeedbacks, d. h., bei allen Positionen von Lenksäule/Radsturz/Teleskopierung zu liefern. Insbesondere verändert ein System zur aktiven Vorderachslenkung die Lenkübersetzung aktiv, und zwar sowohl oberhalb als auch unterhalb der mechanischen Verhältniszahl. Durch Anwendung von Wissen (über Einstellungen linearer Aktuatoren und/oder Sensoren) zur tatsächlichen Lenksäulen-/Lenkradposition hinsichtlich Neigung und/oder Teleskopierung kann ein System zur aktiven Vorderachslenkung konzipiert (z. B. programmiert) werden, um die Veränderung in der Lenkübersetzung durch eine nicht nominelle Position von Säule/Rad zu beseitigen. Ferner können Fahrzeuge mit Servolenkung (beispielsweise elektrischer Servolenkung (EPAS – Electric Power Assist Steering)) eine Veränderung des Lenkmomentfeedbacks durch eine nicht nominelle Position von Säule/Rad kompensieren.
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Durch Anerkennung und Kompensation der Lenkradposition hinsichtlich der Echtzeit-Neigungs- und/oder Teleskopiereinstellungen kann ein wesentlich breiterer Bereich von Fahrern in der Lage sein, die beabsichtigte nominelle Funktion des Lenksystems zu erfahren. Ein Mapping der Veränderung hinsichtlich der Veränderung der Lenkungsübersetzung (und damit der Niveaus des Lenkmomentfeedbacks) innerhalb des Bereichs der Neigung und/oder Teleskopierung kann geometrisch ausgeführt und/oder im Fahrzeug gemessen werden. Dieses Mapping kann beispielsweise auf den Algorithmus der aktiven Vorderachslenkung und/oder des elektrischen Servolenkungssystems angewendet werden, um Veränderungen der nominellen Reaktion zu kompensieren (z. B. ihnen entgegenzuwirken) und die Lenkreaktion des Fahrzeugs und/oder die Niveaus des Lenkmomentfeedbacks und die Linearität zurück auf jene der beabsichtigten nominellen Radposition zu führen. Das heißt, jede Veränderung, die von der beabsichtigten (d. h., technischen oder nominellen) Lenkreaktion und dem beabsichtigten Lenkmomentfeedback abweicht, kann kompensiert werden bzw. kann jeder solchen Veränderung entgegengewirkt werden, sodass die von einem Fahrer bei einer von der Referenz abweichenden einstellbaren Neigungs- und/oder teleskopischen Lenkposition einer Lenksäule und/oder eines Lenkrades erfahrene Lenkreaktion und das Lenkmomentfeedback genutzt werden können, um die beabsichtigte Lenkreaktion und das Lenkmomentfeedback, erfahren an der nominellen Referenzposition, nachzuahmen.
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Nunmehr Bezug nehmend auf die Zeichnungen, zeigt 1 eine beispielhafte Lenkanordnung 100 für zwei Vorderräder. Gezeigt wird ein Lenkrad 102, das an einem Ende mit einer Lenksäule 104 verbunden ist, und ein erstes Kardangelenk (UJ – Universal Joint) UJ1 am anderen Ende der Lenksäule. Das UJ1 wiederum ist ebenfalls mit einem Ende einer ersten Lenkwelle 106 verbunden, die an ihrem anderen Ende mit einem zweiten Kardangelenk UJ2 verbunden ist. Das UJ2 ist mit einer zweiten Lenkwelle 108 verbunden, die mit einer Vorderachse 110 verbunden ist.
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Ein einstellbarer Neigungs- und Teleskopiermechanismus 120 kann beispielsweise verbunden sein mit der Lenksäule 104, um dem Fahrer das Einstellen der Neigung (R – Rake) der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrades 102 nach oben und unten zu gestatten. Eine solche Fahrereinstellung kann eine manuelle Einstellung sein (beispielsweise dadurch, dass der Fahrer manuell einen Verriegelungsmechanismus freigibt und manuell die Lenksäule 104 und/oder das Lenkrad 102 in eine von mehreren vordefinierten Einstellpositionen verstellt) oder kann eine motorisierte elektrische Einstellung sein (beispielsweise über vom Fahrer bedienbare elektrische Schalter zum Steuern des Ansprechens von einem oder mehreren Motoren (beispielsweise Motoren mit linearem Aktuator)). Wenn die Neigung R der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrades 102 in vordefinierte Einstellpositionen verstellbar ist, dann können an jeder vordefinierten Einstellposition bereitgestellte Sensoren beispielsweise Wissen (z. B. über Erdung oder Signalgebung) zu einer Echtzeiteinstellposition der Neigung R der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrades 102 bereitstellen. Alternativ kann, wenn die Neigung R der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrads 102 in jede Einstellposition frei einstellbar ist (beispielsweise über einen Linearmotor), eine Einstellung des Linearmotors beispielsweise Wissen zur Echtzeiteinstellposition der Neigung R der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrades 102 ohne die Nutzung von Sensoren bereitstellen.
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Der einstellbare Neigungs- und Teleskopiermechanismus 120 kann auch ein Einstellen einer teleskopischen Einstellung T der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrades 102 nach innen und außen, in Richtung des Fahrers oder vom Fahrer weg, umfassen. Eine solche Fahrereinstellung kann eine manuelle Einstellung sein (beispielsweise dadurch, dass der Fahrer manuell einen Verriegelungsmechanismus freigibt und manuell die Lenksäule 104 und/oder das Lenkrad 102 in eine von mehreren vordefinierten Einstellpositionen verstellt) oder kann eine motorisierte elektrische Einstellung sein (beispielsweise über vom Fahrer bedienbare elektrische Schalter zum Steuern des Ansprechens von einem oder mehreren Motoren (beispielsweise Motoren mit linearem Aktuator)). Wenn die teleskopische Positionierung T der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrades 102 in vordefinierte Einstellpositionen verstellbar ist, dann können an jeder vordefinierten Einstellposition bereitgestellte Sensoren beispielsweise Wissen (z. B. über Erdung oder Signalgebung) zu einer teleskopischen Echtzeiteinstellposition T der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrades 102 bereitstellen. Alternativ kann, wenn die teleskopische Positionierung T der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrads 102 in jede Einstellposition frei einstellbar ist (beispielsweise über einen Linearmotor), eine Einstellung des Linearmotors beispielsweise Wissen zu einer teleskopischen Echtzeiteinstellung der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrades 102 ohne die Nutzung von Sensoren bereitstellen.
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Allgemeiner können Sensoren bereitgestellt werden, um Positionen des einstellbaren Neigungs- und Teleskopiermechanismus 120, des Lenkrads 102, der Lenksäule 104, des ersten Kardangelenks UJ1, der ersten Lenkwelle 106, des zweiten Kardangelenks UJ2, der zweiten Lenkwelle 108, der Vorderachse 110 und/oder linearer Aktuatoren (nicht gezeigt) zu überwachen, um Wissen zu einer Echtzeiteinstellposition der Neigung und/oder Teleskopierung der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrads 102 bereitzustellen. Wiederum können Sensoren beim Bestimmen der Positionierung linearer Aktuatoren insofern nicht erforderlich sein, als eine Einstellung eines linearen Aktuators Informationen zur Positionierung bereitstellt.
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Ein Servolenkmechanismus (PAS – Power Assist Steering) 130 kann angeschlossen werden, beispielsweise an die zweite Lenkwelle 108 und/oder die Vorderachse 110, um beispielsweise bei Bedarf Drehmoment anzuwenden (z. B. zu ergänzen) oder von der Lenkanordnung zu subtrahieren (z. B. zu entfernen); um die Anwendung von Drehmoment durch den Fahrer des Fahrzeugs zu unterstützen; um Drehmomentfeedback, das der Fahrer des Fahrzeugs fühlt, auszuglätten usw. Der PAS-Mechanismus kann beispielsweise ein elektrischer PAS-Mechanismus (EPAS) sein, der Drehmoment auf die Lenkanordnung anwendet oder von ihr subtrahiert, beispielsweise unter Verwendung von einem oder mehreren gesteuerten Elektromotoren. Alle Verweise in dieser Offenbarung auf den Begriff „Drehmoment“ (auch bekannt als Moment oder Kraftmoment) soll seine normale Bedeutung als eine Dreh- oder Rotationskraft (z. B. einer Kraft, die die Rotation eines Objekts verursacht) haben.
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Ein aktiver Lenkmechanismus 140 kann beispielsweise an die Vorderachse 110 angeschlossen werden, um die Lenkungsübersetzung aktiv oberhalb und unterhalb einer nominellen mechanischen Übersetzung zu verändern. Wie der Durchschnittsfachmann verstehen wird, ist die nominelle mechanische Übersetzung die Lenkungsübersetzungskurve (vs. Lenkradwinkel), die die passive Lenkung erreicht durch die Kombination des Übersetzungsverhältnisses der Zahnstange, der Geometrie der Lenkung der Radaufhängung sowie des Entwurfs von Zwischenwelle und Säule (Anzahl der Gleitelemente, Anzahl und Position/Ausrichtungen von Kardangelenken usw.). Der Begriff „Lenkungsübersetzung“ bezieht sich auf das Verhältnis zwischen der Fahrereingabe am Lenkrad (d. h., den Betrag der Drehung des Lenkrads in Grad) und der Ausgabe an den Rädern (d. h., dem Betrag der Drehung der Räder in Grad). Als ein Beispiel kann der aktive Lenkmechanismus 140 mit einer Anordnung aus Zahnstange und Ritzel der Anordnung der Vorderachse 110 verbunden sein und aktiv eine mechanische Übersetzung dieser Anordnung variieren.
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2 illustriert Beispielschwankungen 200 in der Amplitude und Phaseneinstellung von Lenkmomentfeedback (SWT – Steering Wheel Torque) aufgrund von Veränderungen in der Neigung und Teleskopierposition. Insbesondere illustriert das Diagramm eine vergleichende grafische Darstellung 210 eines Lenkradwinkels (SWA – Steering Wheel Angle) im Verhältnis zu einem Lenkraddrehmoment (durchgehende Linie) für ein Lenkrad, das eine nominelle Position (Mitte-Mitte) hat (z. B. wurde das Lenkrad, ausgehend von der werkseitigen Standardposition, nicht geneigt oder teleskopisch verstellt), und grafische Darstellungen 220, 230 für andere Positionen des Lenkrads, in denen die Neigung beziehungsweise Teleskopierposition (innen unten; außen oben) verstellt sind. Wie an den verschiedenen grafischen Darstellungen zu sehen ist, unterscheidet sich das vom Fahrer erlebte SWT – während sich das Lenkrad in den anderen (nicht nominellen) Positionen (innen unten; außen oben) befindet – von dem nominellen SWT, das der Fahrer erlebt, während sich das Lenkrad in der nominellen Position (Mitte-Mitte) befindet. Solche sich unterscheidenden SWT können beispielsweise vom EPAS-System und/oder vom aktiven Lenksystem kompensiert werden. Das heißt, jede Differenz kann berechnet werden und beispielsweise auf einer solchen Differenz basieren, das EPAS-System und/oder das aktive Lenksystem können so gesteuert werden, dass sie die sich unterscheidenden SWT kompensieren (oder ihnen entgegenwirken), sodass der Fahrer in allen Positionen von Lenkradneigung und Teleskopierung das nominelle (oder beabsichtigte) SWT erlebt (fühlt).
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3 stellt beispielhafte Schwankungen 300 in der Amplitude und Phaseneinstellung der Lenkungsübersetzung (SR – Steering Ratio) aufgrund von Veränderungen in der Neigungs- und Teleskopierposition dar, die zu Veränderungen in der Reaktion des Fahrzeugs auf eine SWA-Eingabe führen. Insbesondere stellt das Diagramm eine vergleichende grafische Darstellung 310 von Lenkradwinkel (SWA – Steering Wheel Angle) und Lenkungsübersetzung (durchgehende Linie) für ein Lenkrad mit einer nominellen Position (Mitte-Mitte) und eine grafische Darstellung 320 (gestrichelte Linie) für eine andere Position (innen unten) dar. Wie an den verschiedenen grafischen Darstellungen zu sehen ist, unterscheidet sich die vom Fahrer erlebte SR – während sich das Lenkrad in den anderen (nicht nominellen) Positionen (innen unten) befindet – von der nominellen SR, die der Fahrer fühlt, während sich das Lenkrad in der nominellen Position (Mitte-Mitte) befindet. Solche sich unterscheidenden SR können zu sich unterscheidenden SWTs und sich unterscheidenden Fahrzeuglenkungsreaktionen führen, die beispielsweise vom EPAS-System und/oder vom aktiven Lenksystem kompensiert werden können. Das heißt, jede Differenz kann berechnet werden und beispielsweise auf einer solchen Differenz basieren, das EPAS-System und/oder das aktive Lenksystem können so gesteuert werden, dass sie die sich unterscheidenden SR kompensieren (oder ihnen entgegenwirken), sodass der Fahrer in allen Positionen von Lenkradneigung und/oder Teleskopierung das nominelle SWT und/oder die nominelle Fahrzeuglenkreaktion erlebt (fühlt).
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4 ist ein Flussdiagramm 400, das ein beispielhaftes Verfahren zum Kompensieren von SR und/oder SWT aufgrund einer nicht nominellen Positionierung eines Lenkrads darstellt. Insbesondere wird über Operationen 410, 420 und 430 Wissen zu einer (beispielsweise Echtzeit-)Neigungsposition des Lenkrads, Wissen zu einer Lenkradteleskopierposition und Wissen zu einem geometrischen Entwurf (beispielsweise Gleitgelenke, Kardangelenke, Längen, Drehpunkte usw.) für eine Verarbeitungskomponente bereitgestellt, wie etwa einen (beispielsweise programmierbaren) Hardwareprozessor oder ein Fahrzeugsteuersystem wie eine elektronische Steuereinheit (ECU – Electronic Control Unit), die eine Operation 440 ausführt, welche die Auswirkungen einer Differenz zwischen der bekannten (z. B. Echtzeit-)Lenkradposition und einer nominellen Referenzposition (z. B. mittig geneigt; mittig teleskopiert), in der die Lenkung abgestimmt wurde (z. B. nominelle Abstimmung), berechnet oder aus einer tabellarischen Übersicht auswählt. Das in den Operationen 410, 420 und 430 erworbene Wissen und die in der Operation 440 ausgeführten Operationen würden sich von Fahrzeugmarke/-modell zu Fahrzeugmarke/-modell unterscheiden. Beispielsweise hat jedes Fahrzeug eine einzigartige Lenkgeometrie zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe. Diese kann die Anzahl der Gelenke und den geometrischen Ort der Gelenke beinhalten. Dies summiert sich zu einer inhärent nicht linearen Verhältniskurve zum SWA, wie im Beispielplot zur SR gezeigt. Mit Veränderungen hinsichtlich Neigung und Teleskopierung der Lenkung verändern sich die geometrische Berechnung der Phaseneinstellung und die Größenordnung von dieser nominellen Kurve weg. Die Berechnungen (z. B. für das Programmieren für die Operation 440) können beispielsweise mit einer CAD-Überprüfung der Gelenkpositionen und -ausrichtungen vorgenommen werden.
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Hinsichtlich der Beispieleinstellung(en) gemäß der Operation 440 ermöglicht das Wissen, dass sich die SR in einer neuen nicht nominellen Neigungs- und/oder Teleskopierposition erhöht oder verringert hat, das Einstellen der EPAS und/oder der AFS, um der Differenz Rechnung zu tragen. Wenn sich die Verhältniszahl beispielsweise erhöht hat, wird sich das SWT verringern, und auch die Fahrzeuglenkreaktion wird sich verringern. Diese Systeme können verändert werden, um sie zurück auf eine nominelle Reaktion zu korrigieren: Die EPAS zum Bereitstellen einer geringeren Unterstützung, Erhöhen des Aufwands und AFS zum Bereitstellen von mehr Lenkwinkelüberlagerung, Erhöhen der SR zurück auf ein nominelles Niveau.
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Der Vorgang 440 kann in einer Ausgabe 450 resultieren, die einen nicht nominellen Drehmomenteffekt auf das Lenkraddrehmoment kompensiert (z. B. aufrechnet), z. B. über das PAS-System 130 (z. B. die EPAS), um einen solchen nicht nominellen Drehmomenteffekt zu kompensieren, um den nominellen Drehmomenteffekt, der vom Fahrer des Fahrzeugs gefühlt wird, während sich das Lenksystem in der nicht nominellen Positionierung befindet, zu liefern (d. h., nachzuahmen). Eine solche Ausgabe kann auf einem oder mehreren vorbestimmten (z. B. vorprogrammierten) Algorithmen und/oder einer oder mehreren Verweistabellen basieren, die das vorstehende aufgenommene Wissen (z. B. die Daten) berücksichtigen.
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Ein nicht einschränkender Beispielprozess der Erfindung kann wie folgt ausgeführt werden: Das Fahrzeug wird eingeschaltet. Ein Fahrer kann eine Lenkradposition auswählen, z. B. eine Neigungs- und/oder Teleskopierposition. Das Fahrzeug (z. B. über eine Operation 440) vergleicht eine Echtzeitlenkradposition mit einer Referenzlenkradposition und bestimmt (z. B. berechnet oder sucht) einen Ausgleich, der bei der laufenden Berechnung von SWT und SR zu nutzen ist. Das heißt, die tatsächliche Position wird mit der nominellen verglichen, ein resultierender Ausgleich wird in eine Kalkulations-/Verweistabelle für die resultierende Differenz der SR-Kurve vs. SWA eingegeben, und dies fördert dann Einstellungen der PAS und/oder AFS, um das vom Fahrer erfahrene SWT und/oder die Fahrzeuglenkreaktion auf nominell zurücksetzen.
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Fortgesetzt, kann der Vorgang 440 in einer Ausgabe 460 resultieren, die z. B. über ein aktives Lenksystem einen nicht nominellen Verhältniseffekt auf die Lenkungsübersetzung kompensiert, um einen solchen nicht nominellen Verhältniseffekt zu kompensieren (auszugleichen), um den nominellen Verhältnisfeedbackeffekt, der vom Fahrer des Fahrzeugs gefühlt wird, während sich das Lenksystem in der nicht nominellen Positionierung befindet, zu liefern (d. h., nachzuahmen). Wiederum kann eine solche Ausgabe auf einem oder mehreren vorbestimmten (z. B. vorprogrammierten) Algorithmen und/oder einer oder mehreren Verweistabellen basieren, die das vorstehende aufgenommene Wissen (z. B. die Daten) berücksichtigen.
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Hinsichtlich des Bestimmens des richtigen Algorithmus/der richtigen Algorithmen und/oder Verweistabellenwerte für ein bestimmtes Fahrzeug können während eines Kalibrierungsprozesses während der Produktion und/oder technischen Gestaltung des Fahrzeugs Messungen ausgeführt werden, um einen solchen Algorithmus/solche Algorithmen zu bestimmen und/oder Verweistabellenwerte einzutragen. Darüber hinaus kann der Algorithmus/können die Algorithmen und/oder Werte in der Verweistabelle während der Lebensdauer des Fahrzeugs regelmäßig gegengeprüft und aktualisiert werden, beispielsweise während einer Wartung.
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Die Algorithmenberechnung und/oder Verweistabellensuche kann im Wesentlichen kontinuierlich in Echtzeit während des Fahrzeugbetriebs vorgenommen werden, sodass die Erfindung im Wesentlichen kontinuierlich das nicht nominelle Lenkradgefühl, das aus einer nicht nominellen Positionierung der Lenksäule und/oder des Lenkrades resultiert, kompensieren kann.
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Für den Fall, dass es sich in einer bestimmten Implementierung als schwierig erweist, einen nicht nominellen Verhältniseffekt vollständig zu kompensieren um auf diese Weise das nominelle Verhältnisfeedback zu liefern (d. h., nachzuahmen), das der Fahrer des Fahrzeugs fühlt, oder jeglichen nicht nominellen Drehmomenteffekt auf das Lenkraddrehmoment vollständig zu kompensieren, stellt die Erfindung der vorliegenden Lehren noch immer dahingehend einen wesentlichen Vorteil bereit, dass das Lenkradgefühl in der nicht nominellen Positionierung mindestens dichter am tatsächlichen Lenkradgefühl bei der nominellen Lenksäulen- und/oder Lenkradpositionierung ist.
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Falls die Detailgenauigkeit der kompensierenden Ausgaben nicht der Detailgenauigkeit der Positionen der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrades 102 entspricht, kann eine Interpolation angewendet werden, um die Ausgaben 350 oder 360 an die Detailgenauigkeit der Positionen der Lenksäule 104 und/oder des Lenkrads 102 anzupassen.
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In der vorstehenden Beschreibung wird auch auf die elektronische Steuereinheit (ECU – Electronic Control Unit) als eine einzelne Komponente Bezug genommen. Diese Auslegung ist jedoch lediglich ein Beispiel und unterliegt einer Vielzahl implementierungsspezifischer Abweichungen. Beispielsweise können in einigen Ausführungsformen die unter Bezugnahme auf die ECUs beschriebenen Funktionen über mehrere ECUs hinweg oder unter mehreren Komponenten der ECU ausgeführt werden. Ferner kann die ECU eine oder mehrere Strukturkomponenten beinhalten, die es der ECU ermöglichen können, als eine Steuerung zu fungieren. Die ECU sowie alle anderen hier offengelegten Steuerungen oder Prozessoren können ein oder mehrere nicht flüchtige, materielle, maschinenlesbare Medien enthalten, etwa einen Nur-Lesen-Speicher (ROM – Read-Only Memory), einen Direktzugriffsspeicher (RAM – Random Access Memory), einen Halbleiterspeicher (z. B. Flash-Speicher), Disketten, CD-ROMs, Festplatten, mit einem universellen seriellen Bus ausgestattete Laufwerke (USB-Laufwerke) und alle anderen computerlesbaren Speichermedien oder Kombinationen davon. Die Speichermedien können codierte Anweisungen speichern, etwa Firmware, die von einem Steuersystem der Steuerung ausgeführt werden können, um die Logik oder Teile der Logik, die in den hier offenbarten Verfahren präsentiert wurden, zu betreiben. Beispielsweise kann die ECU in bestimmten Ausführungsformen Computercode enthalten, der auf einem computerlesbaren Speichermedium angeordnet ist, oder eine Prozesssteuerung, die ein solches computerlesbares Speichermedium beinhaltet. Der Computercode kann Anweisungen beinhalten, beispielsweise zum Initiieren einer Steuerungsfunktion zur Kompensation von Änderungen, die an der Neigungs- und Teleskopierposition des Lenkrads auf der Grundlage von Feedback vorgenommen wurden, das von einer anderen Komponente des Fahrzeugs einging, etwa von Sensoren, die dazu ausgelegt sind, Daten im Zusammenhang mit einer Position des Lenkrads zu generieren, während ein Fahrer die Position einstellt.
