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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs und ein Lenksystem zum Lenken eines Fahrzeugs.
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Ein Fahrzeug kann ein aktives Lenksystem aufweisen, das zusätzlich zu einer elektrischen oder hydraulischen Lenkunterstützung, bspw. einer Servolenkung, in dem Fahrzeug angeordnet ist. Ein derartiges Lenksystem ist dazu ausgebildet, ein Fahrverhalten nachhaltig zu verbessern, bspw. eine Fahrstabilität sowie eine Agilität durch eine situationsbedingte Anpassung von Radwinkeln zu erhöhen. Dabei werden die Radwinkel sowohl abhängig als auch unabhängig von einer Radwinkeleingabe eines Fahrers angepasst. Ein derartiges System ist bspw. als Hinterradlenkung, als eine zusätzlich zu einer Servolenkung oder einer elektronischen Lenkung (electric power steering, EPS) vorgesehene Aktivlenkung von Vorderrädern, bspw. als eine Dynamiklenkung oder als eine Kombination einer Vorder- und Hinterradlenkung, bspw. eine Integrallenkung oder eine Dynamik-Allradlenkung, ausgebildet.
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Ein Vierradlenksystem für ein Fahrzeug ist aus der Druckschrift
DE 37 28 678 A1 bekannt.
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Die Druckschrift
DE 195 09 859 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Fahrzeugs mit einer Vorderradlenkung und einer Hinterradlenkung.
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Ein Kraftfahrzeug mit aktiv lenkbaren Hinterrädern ist aus der Druckschrift
DE 10 2004 020 074 A1 bekannt.
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Ein Kraftfahrzeug mit lenkbaren Vorderrädern und einer Lenkfunktion an Hinterrädern ist in der Druckschrift
DE 10 2005 013 378 B1 beschrieben.
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Eine Lenkvorrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug ist aus der Druckschrift
DE 198 05 736 A1 bekannt und umfasst eine vorwärts koppelnde Steuereinheit zur Bestimmung eines Lenkwinkels, ein Fahrzeugmodell zum Schätzen einer Gierrate auf Basis eines Lenkwinkels und eine Rückkoppelungsregeleinheit zum Korrigieren des Lenkwinkels.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 053 815 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer aktiven Lenkung einer Frontachse eines Kraftfahrzeugs, wobei mittels der aktiven Lenkung fahrsituationsabhängig ein Lenkungsübersetzungsverhältnis des Kraftfahrzeugs mittels einer Überlagerung eines durch einen Fahrzeugregler berechneten Korrekturwinkels variierbar ist. Dabei wird aus Ausgangssignalen ein Untersteuerungsindex abgeleitet, wobei der Korrekturwinkel abhängig von dem Untersteuerungsindex berechnet wird.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, ein Fahrzeug beim Auftreten eines Untersteuerns mit einem aktiven Lenksystem zu stabilisieren.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren und einem Lenksystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen des Verfahrens und des Lenksystems gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Lenken eines Fahrzeugs vorgesehen, das eine vordere Achse mit lenkbaren Rädern, eine hintere Achse mit lenkbaren Rädern, ein von einem Fahrer bedienbares Lenkrad und mindestens ein automatisches Lenkmodul als Komponente eines aktiven Lenksystems aufweist. Hierbei werden die Räder der vorderen Achse durch Betätigen bzw. Drehen des Lenkrads manuell gelenkt. Falls das Fahrzeug untersteuert wird, wird ein Untersteuerindex für eine Intensität eines Untersteuerns anhand mindestens einer Betriebsgröße des Fahrzeugs, d. h. bspw. anhand eines aktuellen Istwerts der mindestens einen Betriebsgröße, berechnet und somit ermittelt. Außerdem wird ein von einem Fahrer mit dem Lenkrad manuell eingestellter Lenkwinkel ermittelt, bspw. gemessen, wobei dieser manuell eingestellte Lenkwinkel die Räder beeinflusst und sich aufgrund eines von dem Fahrer eingestellten Lenkradwinkels für das Lenkrad ergibt. Von einem Regler, der auf einem invertierten Einspurmodell des Fahrzeugs basiert, wird abhängig von dem von dem Fahrer manuell eingestellten Lenkwinkel und der Intensität des Untersteuerns zusätzlich mindestens ein automatischer Lenkwinkel für die Räder mindestens einer Achse eingeregelt, wobei der mindestens eine automatische Lenkwinkel von dem mindestens einen automatischen Lenkmodul für die Räder der mindestens einen Achse aktiv eingestellt wird, wobei ein Sollwert der mindestens einen Betriebsgröße anhand eines Einspurmodells des Fahrzeugs berechnet wird.
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In Ausgestaltung wird von dem Regler abhängig von dem von dem Fahrer manuell eingestellten Lenkwinkel und der Intensität des Untersteuerns zusätzlich der mindestens eine automatische Lenkwinkel für die Räder eingeregelt und von dem mindestens einen automatischen Lenkmodul aktiv eingestellt.
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Weiterhin wird ein Sollwert der mindestens einen Betriebsgröße des Fahrzeugs, d. h. eines Gierwinkels, der anhand des Einspurmodells des Fahrzeugs, berechnet wird, von dem Regler berücksichtigt. Ergänzend wird ein bzw. der Sollwert der mindestens einen Betriebsgröße des Fahrzeugs anhand einer Tabelle, in der mehrere Sollwerte vorliegen, berechnet und von dem Regler berücksichtigt.
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Außerdem wird der mindestens eine zusätzliche automatische Lenkwinkel für die Räder der mindestens einen Achse von dem Regler geregelt, wodurch ein Istwert der mindestens einen Betriebsgröße auf einen hierfür vorgesehenen Sollwert geregelt wird. Üblicherweise wird ein Wert des mindestens einen zusätzlichen automatischen Lenkwinkels für die Räder der mindestens einen Achse derart geregelt bzw. gestaltet, dass der Istwert der mindestens einen Betriebsgröße, d. h. des Gierwinkels, nach Möglichkeit den hierfür vorgesehenen Sollwert erreicht.
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Somit wird von dem Regler in Ausgestaltung bei einer Regelung unter Berücksichtigung bzw. durch Hinzuaddieren des zusätzlichen automatischen Lenkwinkels zu dem manuell eingestellten Lenkwinkel der Istwert der mindestens einen Betriebsgröße auf den hierfür vorgesehenen Sollwert geregelt. Dabei werden als mindestens eine Eingangsgröße bzw. Input des Reglers der vorgesehene Sollwert und ein aktuell herrschender Istwert der mindestens einen Betriebsgröße berücksichtigt. Dabei ist es möglich, dass ein Istwert einer jeweiligen Betriebsgröße bspw. durch Messen erfasst oder auf Grundlage mindestens einer weiteren messbaren Betriebsgröße berechnet wird. Der Regler vergleicht einen Istwert und einen Sollwert der mindestens einen Betriebsgröße und berechnet aus einer sich dabei ergebenden Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert der mindestens einen Betriebsgröße als Output den zusätzlichen automatischen Lenkwinkel für die Räder der mindestens einen Achse des Fahrzeugs. Durch ein Stellen bzw. Umsetzen dieses zusätzlichen Lenkwinkels wird der Istwert der mindestens einen Betriebsgröße in Richtung des Sollwerts angenähert und ein vorzunehmender Regeleingriff reduziert, bis der Istwert mit dem Sollwert übereinstimmt. Der Regler ist in möglicher Ausgestaltung als PID-Regler ausgebildet, der auf dem invertierten Einspurmodell, des Fahrzeugs basiert. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass von dem Regler Zustandsanteile sowie prädiktive Regelungsanteile berücksichtigt werden.
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Im Rahmen des Verfahrens wird durch Einstellen des mindestens einen automatischen Lenkwinkels auf den manuellen Lenkwinkel eingegriffen bzw. von dem Regler ein hierfür erforderlicher Eingriff vorgenommen. Durch Einstellen des automatischen Lenkwinkels wird der Istwert der mindestens einen Betriebsgröße auf den Sollwert geregelt.
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Ein Wert für den Untersteuerindex für die Intensität des Untersteuerns wird in der Regel ebenfalls berechnet. Dabei ist der Wert des Untersteuerindex von einem Unterschied zwischen dem Istwert und dem Sollwert der mindestens einen Betriebsgröße abhängig.
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Als die mindestens eine Betriebsgröße des Fahrzeugs wird bzw. werden bspw. eine Gierrate bzw. der Gierwinkel des Fahrzeugs, ein manuell eingestellter Lenkradwinkel des Lenkrads, aus dem der manuelle Lenkwinkel für die Räder resultiert, eine manuell eingestellte Lenkradwinkelgeschwindigkeit, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs berücksichtigt. Hierbei ist vorgesehen, dass von dem Fahrer durch Betätigen des Lenkrads ein Lenkradwinkel bzw. eine Lenkradwinkelgeschwindigkeit eingestellt wird bzw. werden, woraus zunächst der manuell eingestellte Lenkwinkel bzw. die manuell eingestellte Lenkwinkelgeschwindigkeit resultiert. Dabei beschreibt der Gierwinkel üblicherweise eine Gierbewegung des gesamten Fahrzeugs. Durch Einstellen des mindestens einen automatischen Lenkwinkels wird ein Istwert der mindestens einen Betriebsgröße, bspw. des Gierwinkels, auf den Sollwert geregelt.
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Dabei entspricht die manuell eingestellte Lenkwinkelgeschwindigkeit einer zeitlichen Änderung des von dem Fahrer manuell eingestellten Lenkwinkels. Zum Einstellen des manuellen Lenkwinkels wird das Lenkrad von dem Fahrer bedient, d. h. in einer Richtung, entweder mit dem Uhrzeigersinn, falls das Fahrzeug nach rechts zu lenken ist, oder entgegen dem Uhrzeigersinn, falls das Fahrzeug nach links zu lenken ist, um einen Lenkradwinkel gedreht, aus dem zumindest für die vorderen Räder der manuelle Lenkwinkel und die manuelle Lenkwinkelgeschwindigkeit resultieren, die zu einem Verdrehen der Räder führen. Dabei werden die Räder ausgehend von dem manuell eingestellten Lenkradwinkel über das mindestens eine automatische Lenkmodul, bspw. über eine Servolenkung, gedreht und somit gelenkt. Demnach ist der manuelle Lenkwinkel von dem Lenkradwinkel, um den das Lenkrad von dem Fahrer manuell gedreht wird, und die manuelle Lenkwinkelgeschwindigkeit von einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit abhängig, wobei die Lenkradwinkelgeschwindigkeit einer zeitlichen Änderung des Lenkradwinkels entspricht.
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In Ausgestaltung des Verfahrens wird für die Räder der hinteren Achse zusätzlich ein hinterer automatischer Lenkwinkel und/oder für die Räder der vorderen Achse zusätzlich ein vorderer automatischer Lenkwinkel aktiv eingestellt. In der Regel wird der zusätzliche Lenkwinkel zumindest für die Räder der hinteren Achse geregelt und somit eingestellt.
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Der zusätzliche hintere automatische Lenkwinkel und der zusätzliche vordere automatische Lenkwinkel werden anhand der mindestens einen Betriebsgröße bzw. auf Grundlage einer Differenz zwischen Soll- und Istwert der mindestens einen Betriebsgröße eingestellt.
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Der zusätzliche hintere automatische Lenkwinkel und/oder der zusätzliche vordere automatische Lenkwinkel wird bzw. werden von dem Regler unter Berücksichtigung eines Modells des Fahrzeugs und durch Vergleichen des Istwerts der mindestens einen Betriebsgröße mit dem Sollwert der mindestens einen Betriebsgröße, der aus dem Modell ermittelt, bspw. ausgelesen wird, geregelt.
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Das erfindungsgemäße Lenksystem ist zum Lenken eines Fahrzeugs ausgebildet, wobei das Fahrzeug eine vordere Achse mit lenkbaren Rädern und eine hintere Achse mit lenkbaren Rädern aufweist. Das Lenksystem weist ein Steuergerät mit einem Regler, der auf einem invertierten Einspurmodell des Fahrzeugs basiert, ein von einem Fahrer bedienbares Lenkrad und mindestens ein automatisches Lenkmodul auf. Das Steuergerät ist dazu ausgebildet, für den Fall, dass das Fahrzeug untersteuert, einen Untersteuerindex für eine Intensität eines Untersteuerns anhand mindestens einer Betriebsgröße des Fahrzeugs und eines von einem Fahrer mit dem Lenkrad manuell eingestellten bzw. nominalen Lenkwinkels zu ermitteln. Dabei ist es möglich, anhand eines definierbaren absoluten Werts des Untersteuerindex festzustellen, ob das Untersteuern vorliegt. Der Regler ist dazu ausgebildet, abhängig von dem von dem Fahrer manuell eingestellten Lenkwinkel, der sich aus einem manuell eingestellten Lenkradwinkel ergibt, und der Intensität des Untersteuerns zusätzlich mindestens einen automatischen Lenkwinkel für die Räder mindestens einer Achse einzuregeln. Das mindestens eine automatische Lenkmodul ist dazu ausgebildet, diesen zusätzlichen Lenkwinkel für die Räder mindestens einer Achse aktiv einzustellen, wobei ein Sollwert der mindestens einen Betriebsgröße anhand eines Einspurmodells des Fahrzeugs zu berechnen ist.
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In Ausgestaltung wird der Wert des Untersteuerindex dazu verwendet, wie stark der Regler eingreifen und einen Wert des automatischen Lenkwinkels anpassen soll, wodurch der Istwert der mindestens einen Betriebsgröße auf den Sollwert geregelt wird. Dabei ist es möglich, den Wert des Untersteuerindex unter Berücksichtigung eines hierfür vorgesehenen und definierbaren absoluten Werts prozentual zu beziffern, wobei es möglich ist, dass der aktuelle Wert größer oder kleiner als der absolute Wert ist. So liegt bspw. eine maximale Untersteuerung mit einer Intensität von 100 % vor, wenn der Wert des Untersteuerindex dem maximalen Wert für die Intensität des Untersteuerns zu 100 % entspricht. Falls der Wert des Untersteuerindex 0 bzw. 0 % ist, liegt keine Untersteuerung vor, weshalb kein Eingriff vorzunehmen ist. In der Regel hängt der Wert für den Untersteuerindex von einem Unterschied zwischen dem Istwert und dem Sollwert der mindestens einen Betriebsgröße ab.
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Aufgrund eines ermittelbaren prozentualen Werts für den Untersteuerindex wird ein prozentualer Wert für einen Eingriff des Reglers auf den Lenkwinkel ermittelt. Hierbei ist es ebenfalls möglich, einen maximalen Wert für den maximal möglichen Eingriff zu definieren, der vorgenommen wird, wenn der Wert des Untersteuerindex zu 100 % dem definierbaren absoluten Wert hierfür entspricht. Falls der Wert des Untersteuerindex bspw. zu x % dem absoluten Wert entspricht, wird der Eingriff mit einem Wert von y % vorgenommen, wobei y von x abhängig ist. Dabei ist es möglich, dass der automatische zusätzliche Lenkwinkel bspw. betragsmäßig zu y % dem manuellen Lenkwinkel entspricht oder um y % von dem manuellen Lenkwinkel abweicht. Somit ist ein weicher und kontinuierlicher Eingriff des Reglers realisierbar. Ein Einblenden und Ausblenden des Reglers ist auch möglich, so dass der Eingriff des Reglers bspw. gleichmäßig eingerampt sowie ausgerampt wird.
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Das Steuergerät, das den Regler als Komponente umfasst, ist dazu ausgebildet, das mindestens eine automatische Lenkmodul anzusteuern.
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Das mindestens eine automatische Lenkmodul ist dazu ausgebildet, die Räder der mindestens einen Achse mechanisch zu beaufschlagen.
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Im Rahmen des Verfahrens wird das Untersteuern mit dem Lenksystem anhand eines berechneten Untersteuerindex bestimmt, der mindestens auf einer Betriebsgröße des Fahrzeugs basiert, nämlich der Geschwindigkeit, dem Istwert sowie dem Sollwert für die Querbeschleunigung, dem Istwert sowie dem Sollwert der Gierrate bzw. eines Gierwinkels, dem Lenkradwinkel für das Lenkrad, der den manuellen Lenkwinkel verursacht, und/oder der Lenkradwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads.
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Dabei wird das Verfahren rein regelnd durchgeführt, wohingegen bei Maßnahmen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, ein Lenkwinkel für Räder der hinteren Achse bei einem Untersteuern auf Basis von Kennlinien und festen Schwellwerten bzw. Sollwerten verändert wird. Im Unterschied hierzu werden bei dem vorgestellten Verfahren Sollwerte und somit Schwellwerte durch den Regler ermittelt.
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In Ausgestaltung wird ein gewünschter Sollwert für die Gierrate des Fahrzeugs beim Untersteuern bspw. mit einem als PID-Regler ausgebildeten Regler eingeregelt. Dabei wird als Eingangsgröße des Reglers eine Abweichung eines aktuellen Istwerts der Gierrate bzw. des Gierwinkels von dem gewünschten Sollwert berücksichtigt. Weiterhin ist eine Veränderung des nominalen bzw. ursprünglichen manuellen Lenkwinkels um den eingeregelten zusätzlichen Lenkwinkel der Räder der hinteren Achse eine Ausgangsgröße, in der Regel immer Ausgangsgröße des Reglers. Dabei wird der Sollwert mindestens einer Betriebsgröße, bspw. der Gierrate bzw. des Gierwinkels, aus einem als Einspurmodell ausgebildeten Modell des Fahrzeugs berechnet. Dabei wird das Einspurmodell für eine Vorgabe eines jeweiligen Sollwerts genutzt, wodurch auf Kennlinien verzichtet werden kann.
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Der Regler als Komponente des Steuergeräts des Lenksystems basiert hierbei auf einem invertierten Einspurmodell des Fahrzeugs, wodurch bei einer Ausführung des Verfahrens ein neuartiger modellbasierter Ansatz zum Regeln von Sollwerten und somit zum Lenken des Fahrzeugs verwendet wird.
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Der im Rahmen des Verfahrens ermittelte zusätzliche Lenkwinkel für die Räder mindestens einer Achse, das heißt der hinteren Achse und/oder der vorderen Achse, wird als Ausgangsgröße des Reglers dem manuell eingestellten Lenkwinkel und/oder einem bereits eingestellten Lenkwinkel der Räder der mindestens einen Achse überlagert. Der Lenkwinkel für die Räder der mindestens einen Achse, üblicherweise zumindest der hinteren Achse, ergibt sich aus den genannten Betriebsgrößen, in der Regel aus Abweichungen zwischen Ist- und Sollwerten der Betriebsgrößen.
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Falls das Fahrzeug auch für die vordere Achse eine aktive Lenkung aufweist, die durch das mindestens eine Lenkmodul beeinflusst wird, wobei eine derartige aktive Lenkung als Dynamiklenkung oder Steer-by-Wire-Lenkung ausgebildet ist, ist es möglich von dem Regler nicht nur für die Räder der hinteren Achse, sondern auch für jene der vorderen Achse den zusätzlichen Lenkwinkel zu berechnen und/oder einzuregeln. Jeweils ein aktueller bzw. nomineller Lenkwinkel bzw. der Istwert des Lenkwinkels der Räder der vorderen Achse sowie der Räder der hinteren Achse wird jeweils von dem zusätzlichen automatischen Lenkwinkel für die Räder der vorderen Achse und der hinteren Achse überlagert.
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Weiterhin ist es möglich, weitere Betriebsgrößen des Fahrzeugs, die eine Bewegung des Fahrzeugs beschreiben, für eine Anpassung mindestens eines zusätzlichen Lenkwinkels zu verwenden, der im Rahmen des Verfahrens von dem Regler eingeregelt und demnach ermittelt wird. Je nach Situation des Untersteuerns ist es möglich, den Wert des zusätzlichen Lenkwinkels bei Bedarf zu vergrößern oder zu verringern. Mögliche Situationen für das Untersteuern werden nachfolgend beschrieben. Eine zu berücksichtigende Betriebsgröße ist die Lenkradwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads. Falls der Fahrer den Lenkradwinkel des Lenkrads gar nicht oder nur geringfügig verändert, ist es möglich, den zusätzlichen Lenkwinkel für die Räder absolut und in Raten, bspw. unter Berücksichtigung einer Änderungsrate, beschränkt aufzubauen. Hierbei ist bspw. vorgesehen, den Lenkwinkel für die Räder der hinteren Achse aktiv in eine Position von 0° zu verfahren, wodurch vermeidbar ist, dass dem Fahrer ein Gefühl eines selbst induzierten Lenkens vermittelt wird.
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Das Steuergerät des aktiven automatischen Lenksystems ist dazu ausgebildet, einzelne Schritte des vorgestellten Verfahrens zu kontrollieren und somit zu steuern und/oder mit seinem Regler zu regeln. Dabei ist das Steuergerät mit Sensoren des Fahrzeugs verbunden, die dazu ausgebildet sind, Istwerte der angegebenen Betriebsgrößen bzw. Betriebsparameter des Fahrzeugs zu erfassen und an das Steuergerät weiterzugeben, das wiederum dazu ausgebildet ist, die Istwerte der Betriebsgrößen mit jeweils vorgesehenen Sollwerten zu vergleichen. Es ist möglich, dass das Lenksystem neben dem Lenkrad, mit dem die Räder der vorderen Achse manuell lenkbar sind, lediglich ein aktives automatisches Lenkmodul aufweist, das dazu ausgebildet ist, sowohl die Räder der vorderen als auch der hinteren Achse zu steuern und deren Lenkwinkel im Rahmen des Verfahrens zu beeinflussen. Es ist jedoch auch möglich, dass das Lenksystem mehrere, bspw. zwei automatische Lenkmodule aufweist, wobei ein erstes der beiden Lenkmodule den Rädern der vorderen Achse zugeordnet und dazu ausgebildet ist, diese automatisch zu beaufschlagen. Dagegen ist ein zweites automatisches Lenkmodul den Rädern der hinteren Achse zugeordnet und dazu ausgebildet, diese Räder im Rahmen des Verfahrens automatisch zu beaufschlagen.
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Mit dem Verfahren ist es unter anderem möglich, bei einem Untersteuern des Fahrzeugs, das lenkbare vordere und lenkbare hintere Räder aufweist, eine Fahrstabilität zu verbessern.
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In Ausgestaltung des Verfahrens wird das Untersteuern des Fahrzeugs sowohl im Fall eines gegensinnigen Lenkens der vorderen und der hinteren Räder als auch im Fall eines gleichsinnigen Lenkens der vorderen und der hinteren Räder durch Auswerten der mindestens einen Betriebsgröße des Fahrzeugs, d. h. der Gierrate, dem manuell eingestellten Lenkradwinkel des Lenkrads, der Lenkradwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Querbeschleunigung erkannt.
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Abhängig von der Intensität des Untersteuerns wird zusätzlich zu dem von dem Fahrer gewünschten manuellen Lenkwinkel, den er durch Drehen des Lenkrads auf einen Lenkradwinkel üblicherweise einstellt, für die Räder der mindestens einen Achse der zusätzliche automatische Lenkwinkel eingestellt. Dabei ist es möglich, für die Räder der vorderen Achse und der hinteren Achse unterschiedliche Lenkwinkel oder einen gleichen Lenkwinkel einzustellen. Ein jeweils für die Räder automatisch eingestellter zusätzlicher Lenkwinkel wird dem durch den Fahrer manuell eingestellten und vorgegebenen Lenkwinkel als Vorgabe überlagert. Der zusätzliche automatisch eingestellte Lenkwinkel für die hinteren Räder wird in Ausgestaltung zu dem manuell eingestellten Lenkwinkel für die vorderen Räder gegensinnig eingestellt. Falls ein zusätzliches Drehen der hinteren Räder und somit eine höhere Gierrate physikalisch nicht mehr möglich ist, ist vorgesehen, dass ein Schwimmwinkel bei weiterem manuellen Lenken bzw. Einlenken um den manuell eingestellten Lenkwinkel beibehalten oder erhöht wird. Zum Berechnen mindestens eines zusätzlichen überlagerten Lenkwinkels sowie zum Berechnen der Intensität des Untersteuerns wird ebenfalls eine der genannten Betriebsgrößen berücksichtigt, wobei es weiterhin möglich ist, einen Istwert der Querbeschleunigung mit einem Sollwert der Querbeschleunigung zu vergleichen und den Istwert an den Sollwert anzupassen. Es ist ebenfalls möglich, einen Istwert der Gierrate mit einem hierfür vorgesehenen Sollwert zu vergleichen und den Istwert an den Sollwert anzupassen.
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Im Rahmen des Verfahrens werden die Lenkwinkel für Räder abhängig von der Intensität des Untersteuerns sowie abhängig von dem manuellen Lenkradwinkel und/oder der manuellen Lenkradwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads eingestellt. Dabei wird als Betriebsgröße unter anderem der Gierwinkel und/oder die Gierrate berücksichtigt. Eine Regelung der automatischen Lenkwinkel der Räder wird auf Basis der üblicherweise geregelten Sollwerte bzw. Schwellwerte für die Betriebsgrößen eingestellt. Somit werden die Lenkwinkel der Achsen bzw. Räder rein regelnd verändert.
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Falls ein Untersteuern des Fahrzeugs erkannt wird, wird bspw. ein Sollwert für die Gierrate und/oder für mindestens eine weitere Betriebsgröße mit einem PID-Regler als Regler des Steuergeräts eingeregelt. Hierbei wird eine Abweichung des Istwerts der Gierrate als Eingangsgröße für den Regler von einem Sollwert der Gierrate berücksichtigt. Aufgrund der Abweichung bzw. einer Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Gierrate wird von dem Regler als Ausgangsgröße eine Änderung der aktuellen Lenkwinkel der vorderen und/oder hinteren Achse um die jeweiligen automatischen Lenkwinkel ausgegeben. Dabei ist es möglich, den Sollwert der Gierrate aus einem Einspurmodell zu berechnen, wobei der Regler auf einem invertierten Einspurmodell basiert. Durch Berücksichtigung der Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads ist es möglich, die zusätzlichen automatischen Lenkwinkel aufzubauen und unter Berücksichtigung vorgesehener Sollwerte einzustellen.
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Im Rahmen des Verfahrens werden im Fall des Untersteuerns, wobei die Räder der vorderen und hinteren Achse entweder gegensinnig oder gleichsinnig eingeschlagen und/oder gedreht werden, für die Räder beider Achsen die jeweils vorgesehenen zusätzlichen Lenkwinkel automatisch eingestellt und dem manuellen Lenkwinkel, der von dem Fahrer über den Lenkradwinkel eingestellt wird, als zusätzlicher Eingriff überlagert. Dabei sind in Ausgestaltung unterschiedliche Situationen denkbar.
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Diesbezüglich wird in weiterer möglicher Ausgestaltung des Verfahrens situationsabhängig überprüft und/oder berücksichtigt, ob das Untersteuern aufgrund eines gegensinnigen ursprünglichen Lenkens um gegensinnige Lenkwinkel der Räder beider Achsen oder aufgrund eines gleichsinnigen ursprünglichen Lenkens der Räder beider Achsen um gleichsinnige Lenkwinkel verursacht wird. Dabei wird bspw. ein Unterschied und/oder eine relative Veränderung der Lenkwinkel der beiden Achsen berücksichtigt. Üblicherweise sollten die Lenkwinkel beider Achsen gleich sein, weshalb ein Sollwert für den Unterschied der Lenkwinkel 0° ist. Ein aktuell ermittelter Wert für den Unterschied der Lenkwinkel entspricht einem Istwert, der von dem Regler auf den Sollwert geregelt wird. Durch Einstellen des mindestens einen zusätzlichen automatischen Lenkwinkels wird der Unterschied zwischen den Lenkwinkeln beider Achsen auf den Sollwert von 0° reduziert. Außerdem wird überprüft und/oder berücksichtigt, ob der automatisch einzustellende Lenkwinkel, üblicherweise für die lenkbaren Räder der vorderen Achse, gegensinnig oder gleichsinnig zu dem von dem Fahrer ursprünglich manuell eingestellten nominalen Lenkwinkel, bspw. für die Räder der vorderen Achse, orientiert bzw. gedreht ist.
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In einer ersten Situation ist vorgesehen, dass der Fahrer im Fall eines Untersteuerns keine Lenkbewegung ausführt und demnach auch keinen Lenkwinkel manuell einstellt oder ändert, so dass die manuell eingestellte Lenkradgeschwindigkeit des Lenkrads 0°/s ist. In dieser ersten Situation werden die hinteren und vorderen Räder moderat und beschränkt hinsichtlich absoluter Werte der Lenkwinkel sowie einer absoluten Änderung des Lenkwinkels durch Einstellen der automatischen Lenkwinkel als zusätzlichem Eingriff auf die Lenkwinkel der Räder aufgebaut. Es ist jedoch auch möglich, absolute Lenkwinkel der hinteren und vorderen Räder beizubehalten.
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In einer zweiten Situation eines Untersteuerns ist vorgesehen, dass der Fahrer weiterlenkt und somit den manuell eingestellten Lenkwinkel verändert, bspw. vergrößert. In diesem Fall wird gemäß der Berechnung in Abhängigkeit der Intensität des Untersteuerns der zusätzliche automatische Lenkwinkel für die vorderen und die hinteren Räder eingestellt, wobei ein zusätzlicher automatischer Eingriff auf den Lenkwinkel der Räder aufgebaut wird.
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In einer dritten Situation ist es möglich, dass der Fahrer bei einem Steuern auflenkt. In diesem Fall werden die zusätzlichen automatischen Lenkwinkel für die Räder der vorderen und der hinteren Achse gemäß der Berechnung in Abhängigkeit der Intensität des Untersteuerns eingestellt und somit ein zusätzlicher Eingriff in die Lenkwinkel der Räder aufgebaut.
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In einer vierten Situation ist vorgesehen, dass das Untersteuern vorbei bzw. beendet ist und der Fahrer durch Einstellen des manuellen Lenkwinkels für die vorderen Räder diese zu den hinteren Rädern gleichsinnig lenkt. Auch in dieser Situation wird ein jeweiliger zusätzlicher Lenkwinkel gemäß der Berechnung in Abhängigkeit der Intensität des Untersteuerns eingestellt, wobei ein zusätzlicher Eingriff auf einen jeweiligen Lenkwinkel der Räder der Achsen abgebaut wird. In diesem Fall werden die Lenkwinkel auf einen nominalen Wert eingestellt und somit geblendet.
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In einer fünften Situation des Untersteuerns ist vorgesehen, dass das Untersteuern beendet ist und der Fahrer die vorderen Räder gegensinnig zu den hinteren Rädern lenkt. Um in diesem Fall ein Gefühl eines selbstinduzierten Lenkens des Fahrzeugs zu vermeiden, wird ein jeweiliger zusätzlicher Lenkwinkel moderat und beschränkt hinsichtlich eines jeweiligen absoluten Werts sowie einer Änderungsrate durch Einstellen eines jeweiligen automatischen Lenkwinkels reduziert, wobei ein zusätzlicher Eingriff auf die Lenkwinkel abgebaut wird. In dieser Situation dominiert eine gegensinnige Bewegung der hinteren Achse eine Bewegung der Räder der vorderen Achse. Dabei wird der Lenkwinkel der hinteren Räder auf einen nominalen Wert eingestellt und somit geblendet.
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Demnach ist es je nach Situation des Untersteuerns vorgesehen, den zusätzlich eingestellten Lenkwinkel für die Räder der vorderen Achse und/oder der hinteren Achse je nach Situation zu vergrößern oder zu verkleinern und somit einen zusätzlichen Eingriff auf den Lenkwinkel eines jeweiligen Rads aufzubauen oder abzubauen.
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Hinsichtlich des Untersteuerns ist auch eine vierte Situation möglich, bei der die Räder der Achsen gleichsinnig gelenkt werden, wobei der Fahrer keine Lenkbewegung ausführt und eine Lenkwinkelgeschwindigkeit des manuellen Lenkwinkels 0°/s ist. Hierbei werden die Räder der hinteren und vorderen Achse durch Einstellen der automatischen Lenkwinkel moderat und beschränkt hinsichtlich absoluter Werte der Lenkwinkel sowie hinsichtlich vorgesehener Änderungsraten der Lenkwinkel in Richtung eines Lenkwinkels von 0° verfahren. Alternativ werden aktuelle Lenkwinkel der Räder gehalten.
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Somit wird vermieden, dass dem Fahrer das Gefühl vermittelt wird, dass das Fahrzeug selbstinduziert gelenkt wird.
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Es ist auch möglich, dass die Räder der beiden Achsen bei einem Untersteuern gegensinnig lenken und der Fahrer ein aktives Gegenlenken durchführt und somit aktiv einen entgegengesetzten manuellen Lenkwinkel einstellt. In einer derartigen fünften Situation wird bzw. werden Lenkwinkel der vorderen oder hinteren Räder durch Einstellen der automatischen Lenkwinkel in Richtung 0° verfahren und in dieser Position gehalten. Alternativ ist es möglich, dass die Lenkwinkel auf hierfür vorgesehene absolute Werte beschränkt sowie hinsichtlich ihrer Änderungsraten bzw. Lenkwinkelgeschwindigkeit bei Erreichen eines Lenkwinkels von 0° gehalten oder in Richtung eines gegensinnigen Lenkens verfahren werden. Sobald der Fahrer durch Einstellen des manuellen Lenkwinkels ein entgegengesetztes Lenken beendet hat und das Lenksystem wieder aufgemacht bzw. geöffnet und/oder freigegeben wird, werden die Lenkwinkel der hinteren und/oder vorderen Räder abhängig der mindestens einen Betriebsgröße des Fahrzeugs durch Einstellen der automatischen Lenkwinkel in Richtung 0° verfahren und dort gehalten oder durch Einstellen der automatischen Lenkwinkel erneut in ein gleichsinniges Lenken verfahren.
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Bei einem Abbau eines Eingriffs des zusätzlichen automatischen Lenkwinkels für die Räder ist zwischen weiteren Situationen zu unterscheiden, die sich ergeben, wenn das Untersteuern beendet ist.
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In Ausgestaltung ist das aktive automatische Lenksystem entkoppelt, wobei die Räder der beiden Achsen durch das mindestens eine automatische Lenkmodul unabhängig voneinander zusätzlich zu einem jeweils manuell eingestellten Lenkwinkel automatisch lenkbar sind. Ein derartiges Lenksystem ist bspw. als Steer-by-Wire-System ausgebildet. Somit ist es möglich, für die Räder beider Achsen jeweils einen stabilisierenden zusätzlichen Lenkwinkel einzustellen und dem manuellen Lenkwinkel, den der Fahrer über den Lenkradwinkel des Lenkrads eingestellt hat, zu überlagern.
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Mit dem Verfahren ist es möglich, im Fall des Untersteuern des Fahrzeugs mit dem aktiven Lenksystem für die hinteren und vorderen Räder, das bspw. als Servolenkung bzw. elektrischer Lenkantrieb (EPS) und/oder Dynamiklenkung ausgebildet ist, durch Lenkeingriffe, die durch die zusätzlichen automatischen Lenkwinkel erzeugt werden, die Stabilität des Fahrzeugs zu verbessern. Dabei werden diese zusätzlichen automatischen Lenkwinkel abhängig von einer Initiierung eines stabilisierenden Lenkeingriffs und demnach abhängig von dem eingestellten manuellen Lenkwinkel durch den Fahrer eingestellt. Somit wird vermieden, dass ein Lenkeingriff aufgrund der automatischen zusätzlichen Lenkwinkel eine spürbare, störende und/oder irritierende Auswirkung auf ein Handmoment des Fahrers hat, mit dem er das Lenkrad bedient. In diesem Zusammenhang wird auch vermieden, dass das Lenkrad aus der Hand des Fahrers gedreht wird. Es wird ebenfalls das Gefühl vermieden, dass sich das Fahrzeug selbsttätig lenkt. Der überlagerte stabilisierende Lenkeingriff und somit die zusätzlichen automatischen Lenkwinkel werden nur aufgrund einer entsprechenden Lenkbewegung des Fahrers und somit aufgrund einer Änderung des Lenkradwinkels und/oder der Lenkradwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads eingestellt. Dies umfasst die Maßnahme, dass der manuelle Lenkwinkel reduziert wird oder dass der Fahrer mit einem gegensinnigen manuellen Lenkwinkel dem Untersteuern gegenlenkt.
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Es ist möglich, mit dem Lenksystem eine von dem Fahrer gewünschte Trajektorie des Fahrzeugs möglichst exakt einzuhalten, wobei Lenkwinkel der hinteren Räder an Lenkwinkel der vorderen Räder angepasst werden, die auf Basis des manuellen Lenkwinkels des Fahrers eingestellt werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenksystems bei Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Fahrzeug 2 mit einer vorderen Achse 4 und einer hinteren Achse 6, wobei an der vorderen Achse 4 vordere Räder 8 und an der hinteren Achse 6 hintere Räder 10 angeordnet sind. Das Fahrzeug 2 umfasst zum manuellen Lenken bzw. Steuern der Räder 8, 10 mindestens einer der beiden Achsen 4, 6, in der Regel lediglich zum Lenken der Räder 8 der vorderen Achse 4, ein von einem Fahrer des Fahrzeugs 2 bedienbares, bspw. drehbares, Lenkrad 12, für das der Fahrer während einer Fahrt des Fahrzeugs 2 einen jeweils vorgesehenen bzw. gewünschten Lenkradlenkwinkel manuell einstellt, von dem ein manuell eingestellter Lenkwinkel der Räder 8, 10 abhängig ist. Eine Änderung dieses manuell eingestellten Lenkradwinkels entspricht einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit, wobei der Lenkwinkel der Räder 8, 10 aus dem Lenkradwinkel des Lenkrads 12 und eine Lenkwinkelgeschwindigkeit der Räder 8, 10 aus der Lenkradwinkelgeschwindigkeit für das Lenkrad 12 resultiert, wobei die Lenkwinkelgeschwindigkeit der Räder 8, 10 einer zeitlichen Änderung des Lenkwinkels für die Räder 8, 10 entspricht.
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Dieses Lenkrad 12 ist als Teil der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems 14 ausgebildet, das weiterhin mindestens ein automatisches Lenkmodul 16 sowie ein Steuergerät 18 aufweist, das wiederum einen Regler 20 aufweist. Dabei ist es möglich, mit dem mindestens einen automatischen Lenkmodul 16, das hier dazu ausgebildet ist, beide Achsen 4, 6 und somit auch die Räder 8, 10 beider Achsen 4, 6 zu beaufschlagen, jeweils zusätzliche automatische Lenkwinkel einzustellen, die einen jeweiligen manuellen Lenkwinkel des Lenkrads 12 ergänzen.
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Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ermittelt, ob das Fahrzeug 2 untersteuert, wobei ein Untersteuerindex für eine Intensität eines Untersteuerns anhand mindestens einer Betriebsgröße des Fahrzeugs 2 berechnet wird. Außerdem wird ein von einem Fahrer mit dem Lenkrad 12 manuell eingestellter Lenkwinkel ermittelt. Von dem Regler 20 wird abhängig von dem von dem Fahrer manuell eingestellten Lenkwinkel und der Intensität des Untersteuerns, die anhand eines prozentualen Werts für einen Untersteuerindex ermittelt wird, zusätzlich mindestens ein automatischer Lenkwinkel für die Räder 8, 10 mindestens einer Achse 4, 6, zumindest der hinteren Achse 6 eingeregelt, wobei der mindestens eine automatische Lenkwinkel von dem mindestens einen automatischen Lenkmodul 16 für die Räder 8, 10 der mindestens einen Achse 4, 6 aktiv eingestellt wird.
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Weiterhin berücksichtigt der Regler 20 einen Sollwert der mindestens einen Betriebsgröße des Fahrzeugs 2, hier bspw. eines Gierwinkels, der anhand eines Modells des Fahrzeugs 2, bspw. anhand eines Einspurmodells, berechnet wird und regelt den zusätzlichen mindestens einen automatischen Lenkwinkel für die Räder 8, 10 der mindestens einen Achse 4, 6 derart ein, dass ein aktueller Istwert der mindestens einen Betriebsgröße, d. h. hier des Gierwinkels, den Sollwert nach Möglichkeit erreicht.
