DE102017121821A1 - Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems Download PDF

Info

Publication number
DE102017121821A1
DE102017121821A1 DE102017121821.1A DE102017121821A DE102017121821A1 DE 102017121821 A1 DE102017121821 A1 DE 102017121821A1 DE 102017121821 A DE102017121821 A DE 102017121821A DE 102017121821 A1 DE102017121821 A1 DE 102017121821A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
virtual
magnet
steering system
steering
virtual magnet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017121821.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Philipp Bergmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Automotive Germany GmbH
Original Assignee
TRW Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRW Automotive GmbH filed Critical TRW Automotive GmbH
Priority to DE102017121821.1A priority Critical patent/DE102017121821A1/de
Priority to US16/649,479 priority patent/US11352050B2/en
Priority to PCT/EP2018/075004 priority patent/WO2019057650A1/de
Priority to CN201880061047.5A priority patent/CN111132889B/zh
Publication of DE102017121821A1 publication Critical patent/DE102017121821A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046Controlling the motor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046Controlling the motor
    • B62D5/0469End-of-stroke control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00Steering gears
    • B62D3/02Steering gears mechanical
    • B62D3/12Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
    • B62D3/126Steering gears mechanical of rack-and-pinion type characterised by the rack
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421Electric motor acting on or near steering gear
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046Controlling the motor
    • B62D5/0466Controlling the motor for returning the steering wheel to neutral position
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

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 PV ) des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Lenksystems, wird eine Zielkraft FR 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 FR , der Position des zweiten virtuellen Magneten 22 und der Magneteigenschaften des ersten virtuellen Magneten 20 zur Verfügung.
  • Zudem wird eine virtuelle Magnetkraft FM 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 FM zur Verfügung.
  • Aus der abgeschätzten Zielkraft FR und der bestimmten virtuellen Magnetkraft FM wird eine Differenzkraft ΔF = FR - FM ermittelt. Basierend auf der Differenzkraft ΔF wird nun eine Hilfskraft FC bestimmt (Schritt S3), mit der der Servomotor 18 den unteren Teil 10 des Lenksystems in Form eines Motordrehmoments MM beaufschlagt (Schritt S4).
  • In 4 ist ein beispielhaftes Diagramm einer Berechnung der Zielkraft FR basierend auf zwei Betriebsparametern gezeigt, nämlich Position x und Geschwindigkeit ẋ der Spurstange 14. In dem gezeigten Beispiel ergibt sich die Zielkraft FR gemäß der Formel F R = x 2 c m 2 N + x ˙ 2 c m 2 / s 2 N .
    Figure DE102017121821A1_0001
  • Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei dieser Berechnung lediglich um ein Beispiel zur Illustration handelt, von dem die tatsächliche Berechnung der Zielkraft FR 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 FR größer ist als die virtuelle Magnetkraft FM , mit der sich die beiden virtuellen Magnete 20, 22 gegenseitig abstoßen. Die Magnetkraft FM steigt an, bis sie gegengleich zur Kraft FR ist, wodurch die Spurstange 14 zum Stillstand kommt, siehe 5(b). Durch den gezielten, stetigen Anstieg der Magnetkraft FM 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 FM größer ist als die Zielkraft FR . 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 Lim beziehungsweise δ̇Lim 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 FD 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 FM = FR - FD (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 (13)

  1. 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste virtuelle Magnet (20) an einer festen Position im Lenksystem vorgesehen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite virtuelle Magnet (22) an einer variablen Position im Lenksystem vorgesehen wird.
  4. 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.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erster virtueller Magnet (20) ein virtueller Elektromagnet verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter virtueller Magnet (22) ein virtueller Elektromagnet verwendet wird.
  7. 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.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter virtueller Magnet (22) ein Permanentmagnet verwendet wird.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
DE102017121821.1A 2017-09-20 2017-09-20 Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems Pending DE102017121821A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017121821.1A DE102017121821A1 (de) 2017-09-20 2017-09-20 Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems
US16/649,479 US11352050B2 (en) 2017-09-20 2018-09-17 Method for operating a steering system
PCT/EP2018/075004 WO2019057650A1 (de) 2017-09-20 2018-09-17 Verfahren zum betreiben eines lenksystems
CN201880061047.5A CN111132889B (zh) 2017-09-20 2018-09-17 用于操作转向系统的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017121821.1A DE102017121821A1 (de) 2017-09-20 2017-09-20 Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017121821A1 true DE102017121821A1 (de) 2019-03-21

Family

ID=63708303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017121821.1A Pending DE102017121821A1 (de) 2017-09-20 2017-09-20 Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11352050B2 (de)
CN (1) CN111132889B (de)
DE (1) DE102017121821A1 (de)
WO (1) WO2019057650A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019105922A1 (de) * 2019-03-08 2020-09-10 Zf Automotive Germany Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems und Lenksystem

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008001237B3 (de) * 2008-04-17 2009-04-02 Zf Lenksysteme Gmbh Lenkeinrichtung mit Anschlagelementen
DE102008001179A1 (de) * 2008-04-15 2009-10-22 Zf Lenksysteme Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems in einem Fahrzeug

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63109261U (de) * 1987-01-08 1988-07-14
US5924518A (en) * 1996-07-24 1999-07-20 Trw Inc. Linear drive electric assist steering system
JP2000153765A (ja) * 1998-11-19 2000-06-06 Nsk Ltd 電動式パワーステアリング装置
KR20020028670A (ko) * 2000-10-11 2002-04-17 밍 루 동력 조향 장치의 핸들 토크 변동 제한장치
DE102008042666B4 (de) * 2008-10-08 2011-03-17 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn Verfahren zur Kompensation von Störgrößen, welche auf ein Fahrzeug mit einer hilfskraftunterstützten Lenkung wirken
US8457842B2 (en) * 2009-12-21 2013-06-04 Eaton Corporation Magnetic assisted power steering system
JP5505727B2 (ja) * 2010-10-04 2014-05-28 株式会社ジェイテクト ボールねじ装置、リニアアクチュエータ、および車両用操舵装置
JP5656073B2 (ja) * 2011-02-16 2015-01-21 株式会社ジェイテクト 車両用操舵装置および車両用操舵装置の製造方法
DE102011105064A1 (de) * 2011-06-21 2012-12-27 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Kraftfahrzeug und Verfahren zur Ermittlung und Erkennung von Endanschlägen einer Lenkeinrichtung
KR101905908B1 (ko) * 2012-05-29 2018-10-08 현대자동차주식회사 다중 리니어 모터를 이용한 전동식 조향장치
JP2014068497A (ja) * 2012-09-27 2014-04-17 Hitachi Automotive Systems Ltd 回転電機およびそれを用いた電動パワーステアリング装置
FR3006277B1 (fr) * 2013-06-04 2017-02-17 Jtekt Europe Sas Utilisation d’un moteur d’assistance de direction pour simuler une butee de fin de course de ladite direction
EP3260354B1 (de) * 2015-03-10 2020-04-01 NSK Ltd. Elektrische servolenkungsvorrichtung und steuerungsvorrichtung zur bestimmung des parametersatzes darin
KR20180006760A (ko) * 2016-07-11 2018-01-19 주식회사 만도 전동식 조향장치
KR102644993B1 (ko) * 2019-03-08 2024-03-07 에이치엘만도 주식회사 자동차 조향 장치의 랙바 제어 장치 및 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008001179A1 (de) * 2008-04-15 2009-10-22 Zf Lenksysteme Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems in einem Fahrzeug
DE102008001237B3 (de) * 2008-04-17 2009-04-02 Zf Lenksysteme Gmbh Lenkeinrichtung mit Anschlagelementen

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019057650A1 (de) 2019-03-28
CN111132889A (zh) 2020-05-08
US20200298902A1 (en) 2020-09-24
CN111132889B (zh) 2022-06-07
US11352050B2 (en) 2022-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60213436T2 (de) Regelungsstrategie für rechnergeregelte Lenkung
DE102006033458B4 (de) Lenksteuersystem
DE102015001802A1 (de) Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug
EP3589531B1 (de) Betriebsverfahren für ein steer-by-wire-lenksystem, steuereinheit für ein steer-by-wire-lenksystem, steer-by-wire-lenksystem und fahrzeug
DE102011122772A1 (de) Elektrische Begrenzung eines Lenkeinrichtungsstellweges
DE102017222952A1 (de) Anpassung des Lenkgefühls bei Steer-by-Wire-Lenksystemen
EP2562064B1 (de) Kraftfahrzeug
DE102019206980A1 (de) Verfahren und Lenkungssteuergerät zum Ermitteln einer Stellgröße für das Einstellen eines Servolenkmoments bei einem Fahrzeuglenksystem
DE102006019732B4 (de) Fahrzeug-Servolenksystem mit elektromotorischer Momentenunterstützung
DE102013220921A1 (de) Lenkwinkelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
DE102015203201A1 (de) Fahrzeug mit Kontrollkreis zur Kontrolle eines Ist-Gesamtrückstellmoments in einer Lenkanlage sowie Verfahren
DE102007040064B4 (de) Verfahren zur Steuerung des Rückstellmoments eines Fahrzeuglenksystems
DE19601825A1 (de) Lenksystem für ein Kraftfahrzeug
DE102016219047A1 (de) Verfahren zum Ausgleichen eines an einem Lenkrad einer Fahrzeuglenkung auftretenden Stördrehmomentes
DE102011102453B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Reibkraftamplitude in einem Lenksystem
DE102020203212B4 (de) Berücksichtigen von Handmomentenoffsets bei Fahrzeuglenksystem
DE102017223288A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems für ein Kraftfahrzeug sowie Lenksystem für ein Kraftfahrzeug
DE102017121821A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems
WO2002081288A2 (de) Motorgetriebene servolenkungseinheit
EP1990254B1 (de) Betriebsverfahren für ein Fahrzeug-Lenksystem mit einem Elektromotor
DE102015211711A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Lenksystems
DE102015219443B4 (de) Fahrzeug-Servolenksystem mit elektromotorischer Momentenunterstützung
DE102018204965B3 (de) Verfahren, Steuereinheit und Lenksystem zum Festlegen des Werts einer Lenkeingriffsgröße in einem Kraftfahrzeug
DE102010030646A1 (de) Spurführungsassistenzverfahren für ein Kraftfahrzeug
EP2082944B1 (de) Verfahren zum Erzeugen eins Rückführdrehmoment-Signals

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R082 Change of representative

Representative=s name: PRINZ & PARTNER MBB PATENTANWAELTE RECHTSANWAE, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ZF AUTOMOTIVE GERMANY GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: TRW AUTOMOTIVE GMBH, 73553 ALFDORF, DE

R082 Change of representative