-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wird in der
DE 3929 177 A1 ein Verfahren zur Beeinflussung der Dämpfung einer Servolenkung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, beschrieben, bei dem die Dämpfung der Servolenkung in Abhängigkeit von der Betätigungsrichtung des Lenksystems, insbesondere in Abhängigkeit von der Richtung des Leistungsflusses bestimmt wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs wird eine in einem Lenkgetriebe der Lenkvorrichtung angeordnete Zahnstange in Abhängigkeit vorgebbarer Randbedingungen mit einem Dämpfmoment beaufschlagt.
-
Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung des Dämpfmoments eine Zahnstangengeschwindigkeit oder eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit ermittelt, wobei die ermittelte Zahnstangengeschwindigkeit oder die ermittelte Lenkradwinkelgeschwindigkeit mit einem Bandpassfilter beaufschlagt wird, wobei die bandpassgefilterte Zahnstangengeschwindigkeit oder die bandpassgefilterte Lenkradwinkelgeschwindigkeit mit einem in Abhängigkeit einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs vorgegebenen Dämpfwert multipliziert wird und wobei ein aus dem Produkt der bandpassgefilterten Zahnstangengeschwindigkeit und dem vorgegebenen Dämpfwert oder der bandpassgefilterten Lenkradwinkelgeschwindigkeit und dem vorgegebenen Dämpfwert resultierender weiterer Dämpfwert dem zu beaufschlagenden Dämpfmoment hinzu addiert wird.
-
Mittels des Verfahrens kann eine Dämpfung von Gier- und/oder Wankschwingungen umfassenden Pendelbewegungen des Fahrzeugs gegenüber dem Stand der Technik signifikant verbessert werden. Auch sogenannte closed-loop Manöver können mit dem Verfahren verbessert werden. Dies erhöht einen Fahrkomfort für einen Fahrer des Fahrzeugs sowie eine Sicherheit des Fahrzeugs.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
- 1 Schematisch eine perspektivische Darstellung einer Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß dem Stand der Technik und
- 2 Schematisch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt in einer schematischen, perspektivischen Darstellung eine Lenkvorrichtung 1 für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug.
-
Die Lenkvorrichtung 1 ist als eine Zahnstangenlenkung ausgebildet und umfasst ein von einem Fahrzeugführer betätigbares Lenkrad 2, welches mit einer Lenkstange 3 fest verbunden ist. Die Lenkstange 3 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Abschnitte 3.1, 3.2, insbesondere eine Lenksäule 3.1 und einen Drehstab 3.2, die gelenkig miteinander verbunden sind.
-
Die Lenkstange 3 überträgt ein von dem Fahrzeugführer auf das Lenkrad 2 aufgebrachtes Drehmoment auf ein Ritzel 4, welches in eine Zahnstange 5 eingreift. Die Zahnstange 5 verläuft parallel zu einer Fahrzeugquerachse x und ist zwischen zwei lenkbaren Rädern 6.1, 6.2 angeordnet. Die Räder 6.1, 6.2 sind mit der Zahnstange 5 jeweils über eine Spurstange 7.1, 7.2 verbunden, welche eine Drehung der Räder 6.1, 6.2 um eine parallel zur einer Fahrzeughochachse verlaufende Achse unterstützen, wenn sich die Zahnstange 5 linear in horizontale Richtung, d. h. parallel zur Fahrzeugquerachse x, bewegt.
-
Zur Lenkkraftunterstützung umfasst die Lenkvorrichtung 1 einen Elektromotor 8, z. B. einen stromgeregelten Synchronmotor, mit einer Getriebeeinheit 9, welche mechanisch mit der Zahnstange 5 verbunden ist. Der Elektromotor 8 unterstützt somit einen Lenkeinschlag des Lenkrads 2. Die dargestellte Lenkvorrichtung 1 ist somit insbesondere als eine Servolenkung ausgebildet, mittels welcher eine zusätzliche Kraft auf die Zahnstange 5 aufbringbar ist, welche in der gleichen Richtung wie eine von dem Ritzel 4 auf die Zahnstange 5 wirkende Kraft oder in einer entgegengesetzten Richtung wirkt. Dadurch wird für den Fahrzeugführer eine Betätigung des Lenkrads 2 erleichtert oder erschwert. Wobei Letzteres zur Wahrnehmung einer vorgegebenen Widerstandskraft dient.
-
Ferner umfasst die Lenkvorrichtung 1 einen Dämpfer 10, mittels welchem ein Lenkungspendeln, d. h. unerwünschte Pendelbewegungen des Fahrzeugs, gedämpft werden. Der Dämpfer 10 kann hierbei rein virtuell als Programmablauf in der Steuereinheit realisiert sein. Die Dämpfung kann dabei physikalisch mittels Ansteuerung des Elektromotors 8 oder direkt mittels Ansteuerung eines nicht dargestellten Lenkmomentreglers erfolgen, wobei die Zahnstange 5 mit einem bestimmten Dämpfmoment beaufschlagt wird.
-
Das Lenkungspendeln beschreibt eine Giergeschwindigkeit und somit eine Frequenz der unerwünschten Pendelbewegungen des Fahrzeugs und liegt im Bereich einer Wankeigenfrequenz des Fahrzeugs. Unterhalb einer kritischen Fahrgeschwindigkeit ist das Lenkungspendeln gedämpft und klingt schnell wieder ab. Oberhalb der kritischen Fahrgeschwindigkeit kann eine Amplitude des Lenkungspendelns jedoch konstant bleiben oder sich sogar erhöhen. Die kritische Fahrgeschwindigkeit sowie ein Grad der Dämpfung der Pendelbewegungen sind u. a. von einer Fahrzeugmasse, einem Fahrzeugtyp, einer Bereifung sowie einer Fahrwerksgestaltung abhängig. Das Lenkungspendeln kann zu kritischen Fahrsituationen führen, wenn der Fahrzeugführer keine geeigneten Maßnahmen ergreift, um die Pendelbewegung zu dämpfen oder zu kompensieren.
-
Der Dämpfer 10 ist somit vorgesehen, die Pendelbewegungen des Fahrzeugs zu dämpfen und den Fahrzeugführer zu unterstützen. Da der Dämpfer 10 in bekannter Weise geschwindigkeits-, pegel- und positionsabhängig ausgebildet ist, können beim Dämpfen der Pendelbewegungen unerwünschte Nebeneffekte auftreten. Beispielsweise kann ein Verhärten der Lenkung auftreten, so dass der Fahrer beim Zurücklenken in ein erhöhtes Lenkmoment über das Lenkrad 2 aufbringen muss. Des Weiteren kann ein zäher Rücklauf der Pendelbewegungen beim Dämpfen auftreten, so dass diese nicht schnell genug abklingen. Dies reduziert einen Fahrkomfort und eine Fahrsicherheit für den Fahrzeugführer erheblich. Für Fahrzeuge mit einem hybriden Antriebssystem und einer hecklastigen Gewichtsverteilung können diese Nebeneffekte verstärkt auftreten.
-
Zur Verbesserung eines Fahrzeugverhaltens in Bezug auf das Lenkungspendeln wird ein weiterer Dämpfer 11 vorgeschlagen, welcher mit dem Dämpfer 10 gekoppelt wird.
-
2 zeigt dazu in einer schematischen, perspektivischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Lenkungsvorrichtung 1 mit einem solchen weiteren Dämpfer 11.
-
Der weitere Dämpfer 11 ist analog zum Dämpfer 10 als ein virtueller Dämpfer 11 ausgebildet und in der Steuereinheit als Programmablauf integriert. Der weitere Dämpfer 11 ist insbesondere als ein geschwindigkeits- und frequenzabhängiger Dämpfer 11 ausgebildet und wird im Folgenden näher beschrieben.
-
Zur Ermittlung des zu beaufschlagenden Dämpfmoments wird eine Zahnstangengeschwindigkeit, d. h. eine Geschwindigkeit der linearen Bewegung der Zahnstange 5, ermittelt. Alternativ wird eine Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle des Elektromotors 8 oder eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit ermittelt. Zur Ermittlung der genannten Parameter können bestimmte Sensoren, die mit der Steuereinheit gekoppelt sind, vorgesehen sein. Zusätzlich kann anhand eines zeitlichen Verlaufs einer Gierrate und/oder einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs festgestellt werden, ob das Fahrzeug Pendelbewegungen ausführt.
-
Der ermittelte Parameter, z. B. die Zahnstangengeschwindigkeit, wird anschließend mit einem Bandpassfilter beaufschlagt. Der Bandpassfilter ist dazu vorgesehen, ein Geschwindigkeitssignal nur für einen bestimmten Frequenzbereich zu filtern. Als Frequenzbereich wird hierbei insbesondere ein Frequenzbereich zwischen 0,5 Hertz und 1,5 Hertz vorgegeben, bei welchem das Lenkungspendeln im Bereich einer Giergeschwindigkeitsüberhöhung liegt. Der Bandpassfilter weist dabei ein sehr gutes Signal/Rausch-Verhältnis auf und ist robust gegenüber Offset-Fehlern. Unterhalb des Frequenzbands liegt ein Bereich, in dem keine oder kaum Pendelbewegungen auftreten. Oberhalb des Frequenzbands ist kein Verhärten der Lenkung beim Dämpfen der Pendelbewegungen zu erwarten, da hier keine hohen Stellleistungen erforderlich sind.
-
Die bandpassgefilterte Zahnstangengeschwindigkeit wird anschließend mit einem in Abhängigkeit einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs vorgegebenen Dämpfwert multipliziert. Der Dämpfwert verhält sich linear zunehmend von 0, z. B. bei einer Fahrgeschwindigkeit von 100 km/h, bis 1, z. B. bei einer Fahrgeschwindigkeit von 200 km/h, und ist in einer vorgegebenen Geschwindigkeitskennlinie hinterlegt. Ein aus dem Produkt der bandpassgefilterten Zahnstangengeschwindigkeit und dem geschwindigkeitsabhängigen Dämpfwert resultierender weiterer Dämpfwert wird anschließend dem zu beaufschlagenden Dämpfmoment hinzu addiert und auf die zuvor beschriebene Art und Weise auf die Zahnstange 5 übertragen.
-
Der weitere Dämpfer 11 lässt sich auf einfache Art und Weise in die Steuereinheit integrieren und ermöglicht eine verbesserte Dämpfung der Pendelbewegungen insbesondere für Hybrid- und/oder Elektrofahrzeuge mit einer hecklastigen Gewichtsverteilung. Eine Robustheit der Dämpfung ist bei hohen Fahrgeschwindigkeiten, gegebenenfalls im Zusammenhang mit einem nur lose betätigten Lenkrad 2, gegenüber dem Stand der Technik verbessert. Zudem erlaubt die beschriebene Lenkvorrichtung 1 gemäß 2 eine größere Freiheit bezüglich einer Fahrzeugachsengestaltung, z. B. eine Stabilisatoranbindung, gegenüber der in 1 gezeigten Lenkungsvorrichtung 1.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lenkungsvorrichtung
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkstange
- 3.1
- Lenksäule
- 3.2
- Drehstab
- 4
- Ritzel
- 5
- Zahnstange
- 6.1, 6.2
- Rad
- 7.1, 7.2
- Spurstange
- 8
- Elektromotor
- 9
- Getriebeeinheit
- 10
- Dämpfer
- 11
- weiterer Dämpfer
- x
- Fahrzeugquerachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
