DE102017201209A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Lenken eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Lenken eines Kraftfahrzeug (50), umfassend eine Lenkhandhabe (2), eine Stelleinrichtung (3), die die Stellung mindestens eines lenkbaren Rades (51) steuert, mindestens ein Steuergerät (7) sowie einen ersten Aktor (4) und zweiten Aktor (5), wobei der erste Aktor (4) die Stelleinrichtung (3) steuert und der zweite Aktor (5) derart ausgebildet ist, ein Gegenmoment (M) an der Lenkhandhabe (2) zu erzeugen, wobei das Gegenmoment (M) von einer Neutralstellung der Lenkhandhabe (2) aus zu einem Maximalwert (M) zunimmt, wobei der Maximalwert (M) einen mechanischen Endanschlag der Stelleinrichtung (3) an der Lenkhandhabe (2) simuliert, wobei die Lenkhandhabe (2) und die Stelleinrichtung (3) mechanisch entkoppelt sind und das Steuergerät (7) derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit der Eingaben (11) der Lenkhandhabe (2) ein Steuersignal für den ersten Aktor (4) und den zweiten Aktor (5) erzeugt wird, wobei das Übersetzungsverhältnis (Ü1, Ü2) zwischen Eingabe (11) an der Lenkhandhabe (2) und Stellsignal der Stelleinrichtung (3) von mindestens einem Nutzereingabesignal und/oder einem weiteren Fahrzeugparameter (FP) abhängig ist, der sich während des Betriebes der Vorrichtung (1) ändert, wobei das mindestens eine Steuergerät (7) derart ausgebildet ist, dass das Steuergerät (7) in Abhängigkeit des aktuell eingestellten Übersetzungsverhältnisses (Ü1, Ü2) mindestens eine Position (±φ, ±φ) an der Lenkhandhabe (2) an der der mechanische Endanschlag der Stelleinrichtung (3) erreicht wird, wobei die Momentenkennlinie (MK) für den zweiten Aktor (5) derart angepasst wird, dass der Maximalwert (M) des Gegenmoments (M) an der ermittelten Position (±φ, ±φ) erzeugt wird, sowie ein zugehöriges Verfahren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Lenken eines Kraftfahrzeugs.
  • Bei elektromechanischen Lenksystemen ist üblicherweise eine Lenkhandhabe über eine Lenksäule mechanisch mit einer Stelleinrichtung für die lenkbaren Räder verbunden. Die Lenkhandhabe ist beispielsweise ein Lenkrad und die Stelleinrichtung eine Zahnstange, wobei durch einen Servomotor ein Unterstützungsmoment auf die Zahnstange aufgebracht wird. Wird dann ein mechanischer Endanschlag der Stelleinrichtung erreicht, ist dies durch die mechanische Kopplung an der Lenkhandhabe als Gegenmoment haptisch für den Nutzer spürbar.
  • Bei steer-by-wire Lenkungen ist diese mechanische Kopplung aufgehoben. Damit der Fahrer aber ein ähnliches haptisches Lenkgefühl hat, ist es bekannt, mittels eines Aktors ein Gegenmoment an der Lenkhandhabe zu erzeugen, um den Fahrer eine haptische Rückkopplung für die Lenkeingriffe zu geben.
  • Eine solche gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 103 05 132 A1 bekannt. Dabei wird der Endanschlag bei Erreichen einer vorbestimmten Position des Lenkmittels simuliert, die einen normalen Arbeitsbereich des Lenkmittels begrenzt, wobei das Lenkmittel beispielsweise eine als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe ist. Weiter ist vorgesehen, dass bei einer übermäßigen Betätigung des Lenkmittels in eine Richtung, die zu einer Überschreitung des normalen Arbeitsbereiches des Lenkmittels führt, ein Steuerprogramm für eine Verschiebung des Arbeitsbereiches des Lenkmittels entsprechend dem Maß der Überschreitung sorgt, wobei die Lenkwinkelübersetzung konstant gehalten wird.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Lenken eines Kraftfahrzeugs mit einem verbesserten haptischen Verhalten zu schaffen sowie ein hierfür geeignetes Verfahren zur Verfügung zu stellen.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Hierzu umfasst die Vorrichtung zum Lenken eines Kraftfahrzeugs eine Lenkhandhabe, eine Stelleinrichtung, die die Stellung mindestens eines lenkbaren Rades steuert, mindestens ein Steuergerät sowie einen ersten Aktor und einen zweiten Aktor. Der erste Aktor steuert die Stelleinrichtung. Der zweite Aktor ist derart ausgebildet, ein Gegenmoment an der Lenkhandhabe zu erzeugen, wobei das Gegenmoment von einer Neutralstellung der Lenkhandhabe aus zu einem Maximalwert zunimmt, wobei der Maximalwert einen mechanischen Endanschlag der Stelleinrichtung an der Lenkhandhabe simuliert. Die Lenkhandhabe und die Stelleinrichtung sind mechanisch entkoppelt, wobei das Steuergerät in Abhängigkeit der Eingaben der Lenkhandhabe ein Steuersignal für den ersten Aktor und den zweiten Aktor erzeugt. Dabei ist das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingabe an der Lenkhandhabe und Stellsignal der Stelleinrichtung von mindestens einem Nutzereingabesignal und/oder einem weiteren Fahrzeugparameter abhängig, der sich während des Betriebes der Vorrichtung ändert. Dabei ist das Steuergerät derart ausgebildet, dass das Steuergerät in Abhängigkeit des aktuell eingestellten Übersetzungsverhältnisses mindestens eine Position an der Lenkhandhabe ermittelt, an der der mechanische Endanschlag der Stelleinrichtung erreicht wird, wobei die Momentenkennlinie für den zweiten Aktor derart angepasst wird, dass der Maximalwert des Gegenmoments an der ermittelten Position erzeugt wird. Somit wird erreicht, dass die Position mit dem Maximalwert an der Lenkhandhabe stets mit dem mechanischen Endanschlag der Stelleinrichtung korrespondiert. Hierdurch kann es nicht mehr vorkommen, dass der Fahrer noch Eingaben an der Lenkhandhabe vornehmen kann, die zu keiner weiteren Lenkbewegung mehr führen können. Die Lenkhandhabe ist dabei beispielsweise ein Lenkrad, wobei die Eingabe am Lenkrad durch einen Drehwinkelsensor oder ein Drehmomentsensor erfasst wird. Der erste und/oder der zweite Aktor sind vorzugsweise als Elektromotoren ausgebildet. Die Stelleinrichtung ist vorzugsweise eine Zahnstange. Vorzugsweise wird dabei für jede Drehrichtung am Lenkrad eine dem Endanschlag entsprechende Position ermittelt. Das Nutzereingabesignal kann beispielsweise mittels eines Schalters oder Tasters oder eines Nutzermenüs eines Bordcomputers eingegeben werden, wo beispielsweise zwischen einer Komfort- und einer Sportlenkung gewählt werden kann.
  • In einer Ausführungsform ist der Fahrzeugparameter eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder ein Fahrmodus. Dabei gilt, dass bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten das Übersetzungsverhältnis kleiner als bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist. Unter einem Fahrmodus wird dabei verstanden, ob das Fahrzeug fährt oder ob es ein- oder ausgeparkt wird, wobei beim Parkieren das Übersetzungsverhältnis erhöht wird. Andere Fahrzeugparameter können beispielsweise Steuersignale von einem elektronischen Stabilitätsprogramm sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Maximalwert derart groß gewählt, dass dieser manuell nicht übersteuerbar ist. Hierdurch werden die in der DE 103 05 132 A1 beschriebenen Probleme vermieden. Dazu wird der Maximalwert auf mindestens 60 Nm festgelegt. Ein weiterer bevorzugter Maximalwert ist größer als 80 Nm.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Steuergerät derart ausgebildet, dass bei größeren Übersetzungen der Gradient der Momentenkennlinie um den Maximalwert größer ist als bei einer kleineren Übersetzung.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
    • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Lenken eines Kraftfahrzeugs,
    • 2 eine Darstellung des Gegenmoments an einer Lenkhandhabe über einem Drehwinkel der Lenkhandhabe bei einem großen Übersetzungsverhältnis,
    • 3 eine Darstellung des Gegenmoments an einer Lenkhandhabe über einem Drehwinkel der Lenkhandhabe bei einem kleineren Übersetzungsverhältnis und
    • 4 eine Darstellung des Gegenmoments an einer Lenkhandhabe über einer Zahnstangenposition.
  • In der 1 ist eine Vorrichtung zum Lenken eines Kraftfahrzeugs 50 dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Lenkhandhabe 2, die beispielsweise als Lenkrad ausgebildet ist, und eine Stelleinrichtung 3, die die Stellung 10 mindestens eines lenkbaren Rades 51 steuert, sodass ein Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs 50 eingestellt wird. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 mindestens ein Steuergerät 7 sowie einen ersten Aktor 4 und einen zweiten Aktor 5. Der erste Aktor 4 und der zweite Aktor 5 sind dabei vorzugsweise als Elektromotoren ausgebildet. Der erste Aktor 4 steuert dabei die Stelleinrichtung 3 an, die beispielsweise als Zahnstange ausgebildet ist. Der zweite Aktor 5 ist derart ausgebildet, dass dieser ein Gegenmoment M an der Lenkhandhabe 2 erzeugt, wobei das Gegenmoment M von einer Neutralstellung der Lenkhandhabe 2 aus zu einem Maximalwert Mmax zunimmt (siehe 2). Lenkhandhabe 2 und Stelleinrichtung 3 sind mechanisch entkoppelt. Das Steuergerät 7 ist dabei derart ausgebildet, in Abhängigkeit von Eingaben 11 der Lenkhandhabe 2, die durch einen Drehwinkelsensor 6 erfasst werden, ein Steuersignal für den ersten Aktor 4 und den zweiten Aktor 5 zu erzeugen. Dabei ist das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingabe 11 an der Lenkhandhabe 2 und Stellsignal der Stelleinrichtung 3 von mindestens einem weiteren Fahrzeugparameter FP abhängig, der sich während des Betriebes der Vorrichtung 1 ändert. Ein Beispiel für den Fahrzeugparameter FP ist beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Übersetzungsverhältnis auch durch ein Nutzereingabesignal geändert werden, das über einen Schalter, Taster oder Menüpunkt eines Bordcomputers eingegeben wird.
  • Das Steuergerät 7 ist nun derart ausgebildet, dass das Steuergerät 7 in Abhängigkeit des aktuell eingestellten Übersetzungsverhältnisses mindestens eine Position an der Lenkhandhabe 2 ermittelt, an der ein mechanischer Endanschlag der Stelleinrichtung 3 erreicht wird, wobei die Momentenkennlinie MK für den zweiten Aktor 5 derart angepasst wird, dass der Maximalwert Mmax des Gegenmoments M an der Position erzeugt wird (siehe auch 2 und 3). Somit korrespondiert der simulierte Endanschlag an der Lenkhandhabe 2 mit dem realen mechanischen Endanschlag der Stelleinrichtung 3 für jedes gewählte Übersetzungsverhältnis.
  • Dies soll nun anhand der 2 und 3 kurz erläutert werden. In der 2 ist das Gegenmoment M über einen Drehwinkel φLH der Lenkhandhabe dargestellt. Der Drehwinkel φLH entspricht dabei der Eingabe 11 gemäß 1. Dabei wird das Gegenmoment M von dem zweiten Aktor 5 symmetrisch zu einer Neutralstellung bei 0° aufgebracht. Dabei liegt in 2 ein Übersetzungsverhältnis Ü1 und in der 3 ein Übersetzungsverhältnis von Ü2 vor, wobei Ü1 > Ü2 ist, d.h. in der 2 hat ein Drehwinkel φLH ein größeres Stellsignal an der Stelleinrichtung 3 zur Folge als bei der 3. Im Ergebnis wird daher auch schon bei kleineren Drehwinkeln ±φ1 der mechanische Endanschlag erreicht.
  • Entsprechend wird die Momentenkennlinie MK angepasst, sodass bei ±φ1 der Maximalwert Mmax durch den zweiten Aktor 5 aufgebracht wird, der manuell nicht überlenkbar ist. Ist die Übersetzung Ü2 hingegen kleiner, wird erst bei größeren Drehwinkeln ±φ2 der mechanische Endanschlag erreicht.
  • Der Übergang zum Maximalwert Mmax kann dabei sehr unterschiedlich ausgebildet sein. So kann der Gradient bei größeren Übersetzungen Ü1 größer gewählt werden als bei kleineren Übersetzungen Ü2. Allerdings kann der Gradient auch gleich gewählt werden oder aber auch bei größeren Übersetzungen Ü1 auch kleiner gewählt werden. In diesem Fall spürt der Fahrer entsprechend frühzeitig ein Gegenmoment M, d.h. er nimmt die Lenkung als entsprechend hart wahr.
  • Dies ist in 4 dargestellt, wo das Gegenmoment M über der Zahnstangenposition φs dargestellt ist. Der mechanische Endanschlag der Stelleinrichtung 3 ist dabei unabhängig vom Übersetzungsverhältnis Ü1, Ü2 stets bei ±φ3, wobei jedoch frühzeitiger ein Gegenmoment M bei der großen Übersetzung Ü1 spürbar ist.
  • 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
    • DE 10305132 A1 [0004, 0009]

Claims (6)

  1. Vorrichtung (1) zum Lenken eines Kraftfahrzeug (50), umfassend eine Lenkhandhabe (2), eine Stelleinrichtung (3), die die Stellung mindestens eines lenkbaren Rades (51) steuert, mindestens ein Steuergerät (7) sowie einen ersten Aktor (4) und zweiten Aktor (5), wobei der erste Aktor (4) die Stelleinrichtung (3) steuert und der zweite Aktor (5) derart ausgebildet ist, ein Gegenmoment (M) an der Lenkhandhabe (2) zu erzeugen, wobei das Gegenmoment (M) von einer Neutralstellung der Lenkhandhabe (2) aus zu einem Maximalwert (Mmax) zunimmt, wobei der Maximalwert (Mmax) einen mechanischen Endanschlag der Stelleinrichtung (3) an der Lenkhandhabe (2) simuliert, wobei die Lenkhandhabe (2) und die Stelleinrichtung (3) mechanisch entkoppelt sind und das Steuergerät (7) derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit der Eingaben (11) der Lenkhandhabe (2) ein Steuersignal für den ersten Aktor (4) und den zweiten Aktor (5) erzeugt wird, wobei das Übersetzungsverhältnis (Ü1, Ü2) zwischen Eingabe (11) an der Lenkhandhabe (2) und Stellsignal der Stelleinrichtung (3) von mindestens einem Nutzereingabesignal und/oder einem weiteren Fahrzeugparameter (FP) abhängig ist, der sich während des Betriebes der Vorrichtung (1) ändert, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steuergerät (7) derart ausgebildet ist, dass das Steuergerät (7) in Abhängigkeit des aktuell eingestellten Übersetzungsverhältnisses (Ü1, Ü2) mindestens eine Position (±φ1, ±φ2) an der Lenkhandhabe (2) an der der mechanische Endanschlag der Stelleinrichtung (3) erreicht wird, wobei die Momentenkennlinie (MK) für den zweiten Aktor (5) derart angepasst wird, dass der Maximalwert (Mmax) des Gegenmoments (M) an der ermittelten Position (±φ1, ±φ2) erzeugt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugparameter (FP) eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder ein Fahrmodus ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert (Mmax) derart groß gewählt ist, dass dieser manuell nicht übersteuerbar ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert (Mmax) größer 60 Nm ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) derart ausgebildet ist, dass bei größeren Übersetzungen (Ü1) der Gradient der Momentenkennlinie (MK) um den Maximalwert (Mmax) größer ist als bei einer kleineren Übersetzung (Ü2).
  6. Verfahren zum Lenken eines Kraftfahrzeugs (50), mittels einer Lenkhandhabe (2), einer Stelleinrichtung (3), die die Stellung mindestens eines lenkbaren Rades (51) steuert, mindestens eines Steuergeräts (7) sowie eines ersten Aktors (4) und eines zweiten Aktors (5), wobei der erste Aktor (4) die Stelleinrichtung (3) steuert und der zweite Aktor (5) ein Gegenmoment (M) an der Lenkhandhabe (2) erzeugt, wobei das Gegenmoment (M) von einer Neutralstellung der Lenkhandhabe (2) aus zu einem Maximalwert (Mmax) zunimmt, wobei der Maximalwert (Mmax) einen mechanischen Endanschlag der Stelleinrichtung (3) an der Lenkhandhabe (2) simuliert, wobei die Lenkhandhabe (2) und die Stelleinrichtung (3) mechanisch entkoppelt sind und das Steuergerät (7) in Abhängigkeit der Eingaben (11) der Lenkhandhabe (2) ein Steuersignal für den ersten Aktor (4) und den zweiten Aktor (5) erzeugt, wobei das Übersetzungsverhältnis (Ü1, Ü2) zwischen Eingabe (11) an der Lenkhandhabe (2) und Stellsignal der Stelleinrichtung (3) von mindestens einem Nutzereingabesignal und/oder einem weiteren Fahrzeugparameter (FP) abhängig ist, der sich während der Fahrt verändert, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) in Abhängigkeit des aktuell eingestellten Übersetzungsverhältnisses (Ü1, Ü2) mindestens eine Position (±φ1, ±φ2) an der Lenkhandhabe (2) ermittelt, an der der mechanische Endanschlag der Stelleinrichtung (3) erreicht wird, wobei die Momentenkennlinie (MK) für den zweiten Aktor (5) derart angepasst wird, dass der Maximalwert (Mmax) des Gegenmoments (M) an der ermittelten Position (±φ1, ±φ2) erzeugt wird.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10102244A1 (de) 2001-01-19 2002-03-28 Daimler Chrysler Ag Lenksytem für nicht spurgebundene Fahrzeuge
DE10305132A1 (de) 2003-02-07 2004-11-25 Trw Fahrwerksysteme Gmbh & Co Kg Vorrichtung zum Lenken eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zur Steuerung der Lenkung eines Kraftfahrzeugs

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