DE102017121821A1

DE102017121821A1 - Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems

Info

Publication number: DE102017121821A1
Application number: DE102017121821.1A
Authority: DE
Inventors: Philipp Bergmann
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2019-03-21
Also published as: CN111132889B; US11352050B2; US20200298902A1; WO2019057650A1; CN111132889A

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektromechanisch unterstützten Lenksystems, wird vorgeschlagen. Zunächst werden wenigstens ein erster (20) und ein zweiter (22) virtueller Magnet im Lenksystem des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Eine virtuelle Magnetkraft, die die mehreren virtuellen Magnete (20, 22) aufeinander ausüben, wird bestimmt. Eine Zielkraft, mit der ein unterer Teil (10) des Lenksystems beaufschlagt werden soll, wird abgeschätzt und eine Hilfskraft, mit der ein Servomotor (18) des Lenksystems den unteren Teil des Lenksystems beaufschlagt, wird aus der bestimmten virtuellen Magnetkraft und der abgeschätzten Zielkraft bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektromechanisch unterstützten Lenksystems.
Elektromechanisch unterstützte Lenksysteme, also Lenksysteme, bei denen ein Servomotor den Fahrer beim Lenken des Kraftfahrzeugs unterstützt, erfüllen in Kraftfahrzeugen verschiedene Aufgaben. Eine Aufgabe ist es, die benötigte Lenkkraft für den Fahrer zu reduzieren, um das Kraftfahrzeug in die gewünschte Richtung zu lenken. Der Servomotor unterstützt den Fahrer dabei abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, dem Drehwinkel der Lenksäule, dem auf die Lenksäule wirkenden Drehmoment, der Drehgeschwindigkeit der Lenksäule und weiteren Parametern.
Üblicherweise weisen solche Lenksysteme ein gewisses vom Fahrer empfundenes Steuergefühl auf, das hauptsächlich von den mechanischen Komponenten des Lenksystems und der Steuerung des unterstützenden Servomotors abhängt. Insbesondere variiert das Steuergefühl abhängig von den oben genannten Parametern.
Eine bekannte Möglichkeit, das Steuergefühl zu beeinflussen, ist die Zielwertbildung für Rückstellgeschwindigkeit, Rückstelldauer und somit für Rückstellweg sowie Rückstellposition des Lenkrads über mathematische Funktionen. Eine weitere bekannte Möglichkeit, das Steuergefühl zu beeinflussen, besteht darin, ein virtuelles lineares Feder-Masse-Dämpfer System zu modellieren. Dieses System arbeitet jedoch rein passiv und bietet keine aktive Möglichkeit, das Steuergefühl zu beeinflussen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, das die Möglichkeit bereitstellt, das Steuergefühl von Lenksystemen einfach anzupassen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, mit den Schritten: Vorsehen wenigstens eines ersten und eines zweiten virtuellen Magnets im Lenksystem des Kraftfahrzeugs; Bestimmen einer virtuellen Magnetkraft, die die mehreren virtuellen Magnete aufeinander ausüben; Abschätzen einer Zielkraft, mit der ein unterer Teil des Lenksystems beaufschlagt werden soll; und Bestimmen einer Hilfskraft, mit der ein Servomotor des Lenksystems den unteren Teil des Lenksystems beaufschlagt, aus der bestimmten virtuellen Magnetkraft und der abgeschätzten Zielkraft.
Durch die in einer Simulation virtuell vorhandenen Magnete wird also die Kraft, mit der der Servomotor den unteren Teil des Lenksystems beaufschlagt, und damit auch das Steuergefühl beeinflusst. Rückstellgeschwindigkeit, Rückstelldauer und Rückstellweg können durch die Wahl der Position und der magnetischen Eigenschaften der virtuellen Elektromagnete einfach eingestellt und aktiv beeinflusst werden.
Vorzugsweise wird der erste virtuelle Magnet an einer festen Position im Lenksystem vorgesehen. Feste Position bedeutet hierbei, dass die Position nicht situationsabhängig bestimmt wird, sondern anwendungsübergreifend gleich ist. Insbesondere ist der erste virtuelle Magnet nicht gegenüber dem Kraftfahrzeug beweglich.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der zweite virtuelle Magnet an einer variablen Position im Lenksystem vorgesehen. Dabei ist angedacht, dass der zweite virtuelle Magnet fest an einem Bauteil des Lenksystems angebracht ist und mit diesem beweglich ist. Ist der zweite virtuelle Magnet also beispielsweise an einer Spurstange vorgesehen, so folgt der zweite virtuelle Magnet den Bewegungen der Spurstange.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die virtuellen Magnete zueinander entlang einer eindimensionalen Bahn beweglich sind. Dadurch ist die Berechnung der virtuellen Magnetkraft, die die beiden virtuellen Magnete aufeinander ausüben, besonders einfach.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die variable Position des zweiten virtuellen Magneten basierend auf Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs bestimmt wird, insbesondere des Lenksystems. Die Betriebsparameter umfassen eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs, einen Motorzustand, eine Position der Spurstange, eine Geschwindigkeit der Spurstange, eine Beschleunigung der Spurstange, einen Drehwinkel einer Lenksäule, eine Drehwinkelgeschwindigkeit der Lenksäule und/oder eine Drehwinkelbeschleunigung der Lenksäule. Dadurch kann das Steuergefühl fahrsituationsbedingt angepasst werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der erste virtuelle Magnet als virtueller Elektromagnet vorgesehen. Die Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten (z.B. magnetische Feldstärke, magnetische Flussdichte und magnetische Polung) können dadurch einfach durch virtuelle Bestromung angepasst werden.
Vorzugsweise wird als zweiter virtueller Magnet ein virtueller Elektromagnet vorgesehen. Der zweite virtuelle Magnet kann vordefinierte Magneteigenschaften aufweisen, die insbesondere unveränderlich sind.
Als erster virtueller Magnet kann ein Permanentmagnet verwendet werden, wenn der zweite virtuelle Magnet ein virtueller Elektromagnet ist. In diesem Fall sind Magneteigenschaften des zweiten virtuellen Magneten anpassbar. Die Magneteigenschaften des zweiten virtuellen Magneten werden insbesondere basierend auf Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs bestimmt. Die Magneteigenschaften umfassen wenigstens eine der folgenden Größen: magnetische Feldstärke, magnetische Flussdichte, magnetische Polung und aus diesen Magneteigenschaften resultierende Größen, insbesondere magnetische Energie, magnetische Remanenz und Reluktanz. Die Betriebsparameter umfassen eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, einen Motorzustand, eine Position der Spurstange, eine Geschwindigkeit der Spurstange, eine Beschleunigung der Spurstange, einen Drehwinkel einer Lenksäule, eine Drehwinkelgeschwindigkeit und/oder eine Drehwinkelbeschleunigung der Lenksäule. Zudem können Effekte, die durch Kardangelenke im Lenksystem verursacht werden, berücksichtigt werden.
Alternativ wird der zweite virtuelle Magnet als Permanentmagnet vorgesehen. Insbesondere weist der zweite virtuelle Magnet wiederum vordefinierte Magneteigenschaften auf, die insbesondere unveränderlich sind.
Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten können basierend auf Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs bestimmt werden, insbesondere des Lenksystems. Zudem können Effekte, die durch Kardangelenke im Lenksystem verursacht werden, berücksichtigt werden. Dadurch kann das Steuergefühl fahrsituationsbedingt angepasst werden.
In einem weiteren Aspekt sind der erste und der zweite virtuelle Magnet einem gemeinsamen lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs zugeordnet. Der erste und der zweite virtuelle Magnet bilden also ein erstes virtuelles Magnetpaar. Es können weitere virtuelle Magnetpaare vorgesehen sein, die jeweils einem gemeinsamen Rad zugeordnet sind, wobei maximal ein virtuelles Magnetpaar je Rad vorgesehen ist. Die weiteren virtuellen Magnetpaare können zumindest teilweise die gleichen Magneteigenschaften aufweisen wie das erste virtuelle Magnetpaar.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird der erste virtuelle Magnet an einem Lenkgetriebe und der zweite virtuelle Magnet wird an einer Spurstange vorgesehen. Je nach Position des zweiten virtuellen Magneten und den Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten lässt sich das Steuergefühl situationsbedingt beeinflussen.
Beispielsweise wird der zweite virtuelle Magnet in der Nähe eines mechanischen Anschlags der Spurstange platziert und die Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten werden derart gewählt, dass sich die beiden virtuellen Magnete abstoßen. Je größer der Lenkausschlag, desto weiter nähern sich die beiden virtuellen Magnete an und desto größer ist die abstoßende Kraft, die die beiden virtuellen Magnete aufeinander ausüben. In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist also ein sanfter, virtueller Anschlag realisiert, der Lenkbewegungen begrenzt. Mechanische Anschläge werden weniger belastet und dadurch geschont.
Alternativ wird der erste virtuelle Magnet am Lenkgetriebe vorgesehen, und der zweite virtuelle Magnet wird an einer Zahnstange vorgesehen. Insbesondere wird der zweite virtuelle Magnet an der Zahnstange derart platziert, dass sich der erste und der zweite virtuelle Magnet in einer Mittelstellung der Zahnstange (also in einer Stellung, in der das Lenkrad nicht gedreht ist) am gleichen Ort befinden, wobei die Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten derart gewählt sind, dass sich der erste und der zweite virtuelle Magnet gegenseitig anziehen, falls sich die Zahnstange nicht in der Mittelstellung befindet. Dadurch wirkt also dann, wenn sich die Zahnstange nicht in der Mittelposition befindet, eine rückstellende Kraft auf die Zahnstange und damit auch auf das Lenkrad. Der Fahrer erhält dadurch eine haptische Rückmeldung über die Mittelposition des Lenkrads. Es kann vorgesehen sein, dass der erste virtuelle Magnet abgeschaltet wird, wenn wenigstens eine Betriebsgröße einen vordefinierten Grenzwert überschreitet oder wenn ein Dauerlenken festgestellt wird. Die Betriebsgröße ist beispielsweise eine Position der Spurstange, eine Geschwindigkeit der Spurstange, eine Beschleunigung der Spurstange, eine Position der Zahnstange, eine Geschwindigkeit der Zahnstange, eine Beschleunigung der Zahnstange, ein Drehwinkel der Lenksäule, eine Drehwinkelgeschwindigkeit und/oder eine Drehwinkelbeschleunigung der Lenksäule.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der erste virtuelle Magnet, in Bezug auf die Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, von einem ihm zugeordneten Rad beabstandet vorgesehen wird, wobei der erste virtuelle Magnet im Wesentlichen den gleichen transversalen Abstand von der Längsachse des Kraftfahrzeugs aufweist wie der Mittelpunkt des Rads, und wobei der zweite virtuelle Magnet im Wesentlichen im Mittelpunkt des Rads vorgesehen wird. Die oben beschriebene eindimensionale, lineare Bewegung der beiden virtuellen Magneten zueinander wird in diesem Fall durch eine eindimensionale Rotation des zweiten virtuellen Magneten ersetzt.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:

- 1 schematisch einen Abschnitt eines unteren Teils eines Lenksystems aus dem Stand der Technik;
- 2 das Lenksystem von 1 während eines Schrittes eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 ein schematisches Ablaufdiagramm der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 4 ein beispielhaftes Diagramm einer Zielkraft, aufgetragen gegen Position und Geschwindigkeit;
- 5 (a) bis (c) ein erstes Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 6 (a) bis (c) ein zweites Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 7 (a) und (b) ein drittes Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 8 das Lenksystem von 1 während eines Schrittes eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer alternativen Ausführungsform.

In 1 ist schematisch ein unterer Teil 10 eines Lenksystem aus dem Stand der Technik gezeigt. Der untere Teil 10 des Lenksystems umfasst eine Zahnstange 12 und eine Spurstange 14. Die Spurstange 14 weist einen mechanischen Anschlag 15 auf, der Lenkbewegungen mechanisch begrenzt. Genauer gesagt begrenzt der mechanische Anschlag 15 Lenkbewegungen auf einen maximalen Lenkausschlag. Ein schematisch angedeutetes Lenkgetriebe 16 setzt eine Rotationsbewegung einer Lenksäule 17 des Lenksystems in eine Translationsbewegung der Zahnstange 12 um (angedeutet durch die Pfeile in 1), welche im Lenkgetriebe 16 untergebracht ist. Ein Servomotor 18 beaufschlagt die Zahnstange 12 mit einer unterstützenden Kraft, um den Fahrer beim Lenken des Kraftfahrzeugs zu unterstützen. Der Servomotor 18 wird dabei derart angesteuert, dass er den Fahrer abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, dem Drehwinkel der Lenksäule, dem auf die Lenksäule wirkenden Drehmoment, der Drehgeschwindigkeit der Lenksäule, der Position der Spurstange 14, der Geschwindigkeit der Spurstange 14 und/oder weiteren Parametern unterstützt. Es sei darauf hingewiesen, dass in den 1 und 2 sowie 5 bis 7 jeweils nur der Bereich der Zahnstange 12 zwischen dem Lenkgetriebe 16 und dem Servomotor 18 dargestellt ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben des in 1 gezeigten Lenksystems wird nun im Folgenden anhand der 2 und 3 allgemein erläutert. Anwendungsbeispiele des Verfahrens werden anschließend anhand der 5 bis 7 genauer erörtert.
Zunächst werden ein erster virtueller Magnet 20 und ein zweiter virtueller Magnet 22 im Lenksystem, genauer gesagt im unteren Teil 10 des Lenksystems rechnerisch vorgesehen.
Der erste virtuelle Magnet 20 wird an einer festen Position im Lenksystem vorgesehen. In dem in 2 gezeigten Beispiel wird der erste virtuelle Magnet 20 am Lenkgetriebe 16 platziert.
Der erste virtuelle Magnet 20 ist als Elektromagnet ausgebildet, dessen Magneteigenschaften einstellbar sind. Die Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten werden basierend auf Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs bestimmt. Die Magneteigenschaften umfassen wenigstens eine der folgenden Größen: magnetische Feldstärke, magnetische Flussdichte, magnetische Polung und aus diesen Magneteigenschaften resultierende Größen, insbesondere magnetische Energie, magnetische Remanenz und Reluktanz. Die Betriebsparameter umfassen eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, einen Motorzustand, eine Position der Spurstange 14, eine Geschwindigkeit der Spurstange 14, eine Beschleunigung der Spurstange 14, einen Drehwinkel einer Lenksäule 17, eine Drehwinkelgeschwindigkeit und/oder eine Drehwinkelbeschleunigung der Lenksäule 17. Zudem können Effekte, die durch Kardangelenke im Lenksystem verursacht werden, berücksichtigt werden. Der zweite virtuelle Magnet 22 wird rechnerisch an einer variablen Position im unteren Teil 10 des Lenksystems vorgesehen, wobei die variable Position basierend auf den oben genannten Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. Insbesondere ist der zweite virtuelle Magnet 22 entlang einer vordefinierten eindimensionalen Bahn beweglich.
Der zweite virtuelle Magnet 22 kann als virtueller Elektromagnet oder als virtueller Permanentmagnet ausgebildet sein. Ferner weist der zweite virtuelle Magnet 22 vordefinierte Magneteigenschaften auf, die insbesondere unveränderlich sind.
Ist der zweite virtuelle Magnet 22 als virtueller Elektromagnet ausgebildet, so kann der erste virtuelle Magnet auch als Permanentmagnet ausgebildet sein.
Die weiteren Schritte des Verfahrens werden im Folgenden anhand von 3 erläutert.
Basierend auf den oben beschriebenen Betriebsparametern (in 3 repräsentiert durch P_V ) des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Lenksystems, wird eine Zielkraft F_R abgeschätzt, mit der der untere Teil 10 des Lenksystems beaufschlagt werden soll (Schritt S1). Außerdem werden die Position des zweiten virtuellen Magneten 22 und die Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten 20 basierend auf den Betriebsparametern bestimmt. Eine Steuerung des Lenksystems stellt Daten über die Position x und die Geschwindigkeit ẋ der Spurstange 14 für die Berechnung der Zielkraft F_R , der Position des zweiten virtuellen Magneten 22 und der Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten 20 zur Verfügung.
Zudem wird eine virtuelle Magnetkraft F_M bestimmt, die die virtuellen Magnete 20, 22 aufeinander ausüben (Schritt S2). Insbesondere stellt eine Steuerung des Lenksystems Daten über die Position x und die Geschwindigkeit ẋ der Spurstange 14 für die Berechnung der Magnetkraft F_M zur Verfügung.
Aus der abgeschätzten Zielkraft F_R und der bestimmten virtuellen Magnetkraft F_M wird eine Differenzkraft ΔF = F_R - F_M ermittelt. Basierend auf der Differenzkraft ΔF wird nun eine Hilfskraft F_C bestimmt (Schritt S3), mit der der Servomotor 18 den unteren Teil 10 des Lenksystems in Form eines Motordrehmoments M_M beaufschlagt (Schritt S4).
In 4 ist ein beispielhaftes Diagramm einer Berechnung der Zielkraft F_R basierend auf zwei Betriebsparametern gezeigt, nämlich Position x und Geschwindigkeit ẋ der Spurstange 14. In dem gezeigten Beispiel ergibt sich die Zielkraft F_R gemäß der Formel $F_{R} = \frac{x^{2}}{c m^{2}} N + \frac{{\dot{x}}^{2}}{c m^{2} / s^{2}} N .$
Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei dieser Berechnung lediglich um ein Beispiel zur Illustration handelt, von dem die tatsächliche Berechnung der Zielkraft F_R natürlich abweichen kann.
In 5 (a) bis (c) ist schematisch ein erstes Anwendungsbeispiel des oben beschriebenen Verfahrens gezeigt. Der zweite virtuelle Magnet 22 wird auf der Spurstange 14 nahe des mechanischen Anschlags 15 platziert, wobei der zweite virtuelle Magnet mit der Spurstange 14 beweglich ist. Anders ausgedrückt folgt der zweite virtuelle Magnet 22 den Bewegungen der Spurstange 14.
Die beiden virtuellen Magnete 20, 22 sind so angeordnet, dass sich ihre Südpole gegenüberliegen. Die beiden Magnete stoßen sich also ab. In diesem Anwendungsbeispiel wird durch die virtuellen Magnete 20, 22 ein virtueller Anschlag zur Begrenzung des maximalen Lenkausschlags realisiert, wobei der virtuelle Anschlag in der Nähe des mechanischen Anschlags 15 platziert ist.
5 (a) zeigt den Fall, dass sich die Spurstange 14 in Richtung einer maximalen Auslenkung bewegt. Der zweite virtuelle Magnet 22 nähert sich dem ersten virtuellen Magnet 20 an, solange die auf die Spurstange 12 wirkende Kraft F_R größer ist als die virtuelle Magnetkraft F_M , mit der sich die beiden virtuellen Magnete 20, 22 gegenseitig abstoßen. Die Magnetkraft F_M steigt an, bis sie gegengleich zur Kraft F_R ist, wodurch die Spurstange 14 zum Stillstand kommt, siehe 5(b). Durch den gezielten, stetigen Anstieg der Magnetkraft F_M wird ein weicher, virtueller Anschlag realisiert, wodurch der mechanischen Anschlag 15 geschont wird.
Sobald die Geschwindigkeit der Spurstange 14 gleich null ist, kann der erste virtuelle Magnet 20, der als Elektromagnet ausgebildet ist, abgeschaltet werden. Alternativ kann die magnetische Flussdichte des ersten virtuellen Magneten 20, wie in 5 (c) gezeigt, erhöht werden, sodass die Magnetkraft F_M größer ist als die Zielkraft F_R . Die Spurstange 14 wird dadurch in Richtung einer Mittelstellung geschoben. Anders ausgedrückt ist also eine Rückstellfunktion realisiert, deren Geschwindigkeit, Dauer und Position über die Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten 20 einstellbar ist.
6 (a) bis (c) zeigen schematisch ein zweites Anwendungsbeispiel des beschriebenen Verfahrens. Die beiden virtuellen Magnete 20, 22 sind derart angeordnet und die Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten 20 sind derart gewählt, dass sie sich gegenseitig anziehen. Genauer gesagt ist der erste virtuelle Magnet 20 am Lenkgetriebe 16 platziert, während der zweite virtuelle Magnet 22 fest an dem Ort auf der Zahnstange 12 platziert ist, der der Mittelstellung des Lenkrads 24 entspricht.
6 (a) zeigt eine Situation, in der das Lenkrad 24 gegenüber seiner Mittelstellung gegen den Uhrzeigersinn gedreht ist. Da sich der erste und der zweite virtuelle Magnet 20, 22 gegenseitig anziehen, werden die Zahnstange 12 und damit auch die Spurstange 14 in Richtung der Mittelstellung mit einer Magnetkraft beaufschlagt und der erste und der zweite virtuelle Magnet 20, 22 bewegen sich aufeinander zu.
In 6 (b) sind das Lenkrad 24 und damit auch die Zahnstange 12 jeweils in der Mittelstellung. Solange sich die Zahnstange 12 genau in der Mittelstellung befindet, wird der erste virtuelle Magnet 20 abgeschaltet, sodass keine Magnetkraft mehr wirkt. Sobald sich die Zahnstange 12, beispielsweise durch eine Lenkbewegung des Fahrers, aus der Mittelstellung bewegt, wird der erste virtuelle Magnet 20 in der Simulation wieder angeschaltet und es wirkt eine rückstellende Kraft auf die Zahnstange 12 in Richtung der Mittelstellung (siehe 6 (c)). Durch die rückstellende Kraft wird dem Fahrer eine haptische Rückmeldung gegeben, wenn sich das Lenkrad 24 aus der Mittelstellung bewegt.
Überschreitet wenigstens eine Betriebsgröße einen gewissen vordefinierten Wert oder wird ein Dauerlenken festgestellt, so kann vorgesehen sein, dass der erste virtuelle Magnet 20 deaktiviert wird, sodass keine Rückstellkraft mehr in Richtung der Mittelstellung wirkt. Die Betriebsgröße ist beispielsweise eine Position der Spurstange 14, eine Geschwindigkeit der Spurstange 14, eine Beschleunigung der Spurstange 14, eine Position der Zahnstange 12, eine Geschwindigkeit der Zahnstange 12, eine Beschleunigung der Zahnstange 12, ein Drehwinkel der Lenksäule 17, eine Drehwinkelgeschwindigkeit und/oder eine Drehwinkelbeschleunigung der Lenksäule 17.
7 (a) und (b) zeigen schematisch ein drittes Anwendungsbeispiel des beschriebenen Verfahrens. Der erste virtuelle Magnet 20 ist am Lenkgetriebe 16 platziert, während der zweite virtuelle Magnet 22 an der Spurstange 14 vorgesehen ist.
Treten hohe Lenkgeschwindigkeiten auf, also große Geschwindigkeiten ẋ der Spurstange oder große Winkelgeschwindigkeiten δ̇̇̇̇̇ des Lenkwinkels (entspricht dem mittleren Radlenkwinkel der gelenkten Achse), kann es vorgesehen sein, diese mittels des oben beschriebenen Verfahrens zu dämpfen, wenn die jeweilige Geschwindigkeit einen Grenzwert ẋ_Lim beziehungsweise δ̇_Lim übersteigt.
7 (a) zeigt den Fall, dass eine schnelle Lenkbewegung von einer Mittelstellung des Lenkrads 24 weg erfolgt. Die Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten 20 werden dann derart gewählt, dass sich die beiden virtuellen Magnete 20, 22 gegenseitig anziehen. Dadurch wird eine rückstellende virtuelle Magnetkraft auf die Spurstange 14 ausgeübt und die Lenkbewegung wird gedämpft.
7 (b) zeigt den Fall, dass eine schnelle Lenkbewegung zu einer Mittelstellung des Lenkrads 24 hin erfolgt. Die Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten 20 werden dann derart gewählt, dass sich die beiden virtuellen Magnete 20, 22 in der Simulation gegenseitig abstoßen. Dadurch wird eine abstoßende virtuelle Magnetkraft auf die Spurstange 14 ausgeübt und die Lenkbewegung wird wiederum gedämpft.
Das beschriebene Verfahren kann auch dazu verwendet werden, die Position der Zahnstange 12 korrekt einzustellen. Dreht der Fahrer das Lenkrad 24 um einen bestimmten Drehwinkel, so ist diesem Drehwinkel eindeutig eine bestimmte Position der Zahnstange 12 und damit eindeutig ein bestimmter Lenkwinkel δ̇̇̇ zugeordnet. Jedem Wertepaar bestehend aus Lenkwinkel δ̇̇̇ und Lenkwinkelgeschwindigkeit δ̇ ist eine Kraft F_D zugeordnet, mit der der Fahrer über das Lenkrad 24 den unteren Teil 10 des Lenksystems beaufschlagt. Die Position des zweiten virtuellen Magneten 22 und die Magneteigenschaften werden dann derart gewählt, dass die virtuelle Kraft, die die beiden virtuellen Magnete 20, 22 aufeinander ausüben, die Zahnstange 12 hin zu einer Position beaufschlagen, die dem Drehwinkel des Lenkrads 24 entspricht. Die virtuelle Magnetkraft wird dabei gemäß der Formel F_M = F_R - F_D (δ, δ̇) berechnet. Dieses Verfahren kann auch in sogenannten Steer by Wire Systemen angewendet werden, bei denen keine mechanische Wirkverbindung zwischen dem Lenkrad 24 und dem unteren Teil 10 des Lenksystems besteht.
8 zeigt eine alternative Anwendung des beschriebenen Verfahrens. Der erste virtuelle Magnet 20 wird, in Bezug auf die Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, von einem ihm zugeordneten Rad 26 beabstandet vorgesehen. Der erste virtuelle Magnet 20 weist dabei im Wesentlichen den gleichen transversalen Abstand von der Längsachse des Kraftfahrzeugs auf wie der Mittelpunkt des Rads 26. Der zweite virtuelle Magnet 22 wird im Wesentlichen im Mittelpunkt des Rads 26 am Rad 26 vorgesehen. An die Stelle der eindimensionalen, linearen Bewegung des zweiten virtuellen Magneten 22 tritt in der in 8 gezeigten Anordnung eine eindimensionale Rotationsbewegung des zweiten Elektromagneten 22.
In dem in 8 gezeigten Fall bewirken die beiden virtuellen Magnete 20, 22, analog zum anhand der 6 (a) bis (c) diskutierten Fall, eine rückstellende Kraft in Richtung einer Mittelstellung des Rads 26. Durch die mechanische Kopplung des Rads 26 mit der Spurstange 14 und damit mit dem Lenkgetriebe 16 liefert dies dem Fahrer eine haptische Rückmeldung über die Mittelstellung des Lenkrads 24.
Ebenso ist es in dieser Ausgestaltung des Verfahrens durch geeignete Wahl der Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten 22 möglich, analog zu den obigen Erläuterungen schnelle Lenkbewegungen aus einer Mittelstellung heraus (die beiden virtuellen Magnete 20, 22 ziehen sich gegenseitig an) oder zu einer Mittelstellung hin (die beiden virtuellen Magnete stoßen sich gegenseitig ab) zu dämpfen.
Generell können in der in 8 gezeigten Anwendung des Verfahrens durch geeignete Wahl der Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten 20 alle oben für die beiden linear zueinander verfahrbaren virtuellen Magnete 20, 22 beschriebenen Anwendungsbeispiele umgesetzt werden. In dieser Variante lässt sich das Verfahren mit der Positionssteuerung eines Elektromotors vergleichen. Dabei entspricht der zweite virtuelle Magnet 22 dem Rotor und der erste virtuelle Magnet dem Stator. Durch gezielte virtuelle Bestromung lässt sich die Drehposition des zweiten virtuellen Magneten 22 (und damit des Rads 26) im virtuellen Magnetfeld des ersten virtuellen Magneten einstellen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektromechanisch unterstützten Lenksystems, mit den folgenden Schritten: - Vorsehen wenigstens eines ersten (20) und eines zweiten (22) virtuellen Magnets im Lenksystem des Kraftfahrzeugs; - Bestimmen einer virtuellen Magnetkraft, die die mehreren virtuellen Magnete (20, 22) aufeinander ausüben; - Abschätzen einer Zielkraft, mit der ein unterer Teil (10) des Lenksystems beaufschlagt werden soll; und - Bestimmen einer Hilfskraft, mit der ein Servomotor (18) des Lenksystems den unteren Teil (10) des Lenksystems beaufschlagt, aus der bestimmten virtuellen Magnetkraft und der abgeschätzten Zielkraft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste virtuelle Magnet (20) an einer festen Position im Lenksystem vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite virtuelle Magnet (22) an einer variablen Position im Lenksystem vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Position des zweiten virtuellen Magneten (22) basierend auf Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs bestimmt wird, insbesondere des Lenksystems.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erster virtueller Magnet (20) ein virtueller Elektromagnet verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter virtueller Magnet (22) ein virtueller Elektromagnet verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Kombination mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als erster virtueller Magnet (20) ein Permanentmagnet verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter virtueller Magnet (22) ein Permanentmagnet verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten (20) basierend auf Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs bestimmt werden, insbesondere des Lenksystems.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (20) und der zweite (22) virtuelle Magnet einem gemeinsamen Rad (26) des Fahrzeugs zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste virtuelle Magnet (20) an einem Lenkgetriebe (16) vorgesehen wird, und dass der zweite virtuelle Magnet (22) an einer Spurstange (14) vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste virtuelle Magnet (20) am Lenkgetriebe (16) vorgesehen wird, und dass der zweite virtuelle Magnet (22) an einer Zahnstange (12) vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste virtuelle Magnet (20), in Bezug auf die Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, von einem ihm zugeordneten Rad (26) beabstandet vorgesehen wird, wobei der erste virtuelle Magnet (20) im Wesentlichen den gleichen transversalen Abstand von der Längsachse des Kraftfahrzeugs aufweist wie der Mittelpunkt des Rads (26), und wobei der zweite virtuelle Magnet (22) im Wesentlichen im Mittelpunkt des Rads (26) vorgesehen wird.