DE102017222952A1 - Anpassung des Lenkgefühls bei Steer-by-Wire-Lenksystemen - Google Patents

Abstract

Die Beschreibung umfasst ein Verfahren zur Anpassung des Lenkgefühls für einen Fahrer eines Fahrzeugs an einem Eingabeelement des Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Steer-by-Wire-Lenksystem aufweist, umfassend die Schritte: Erstellen einer Referenz des Lenkgefühls (7) und Adaption des Lenkgefühls über Skalierungsfaktoren (10).

Description

• Stand der Technik
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung des Lenkgefühls durch ein Eingabeelement, beispielsweise ein Lenkrad, für einen Fahrer eines Fahrzeugs, wobei das Lenksystem ein Steer-by-Wire-Lenksystem ist.
• Lenkgefühl ist hierbei die Kombination aus Fahrgefühl, dies bedeutet das Lenkmoment am Lenkrad, der Lenkübersetzung, d.h. die Übersetzung zwischen Lenkrad und Radlenkwinkel, und der Fahrzeugreaktion, die die Rückmeldung der Lenkeingabe über das Fahrzeug an den Fahrer wiederspiegelt.
• Im Stand der Technik sind Lenksysteme mit einer mechanischen Verbindung des Lenkrads mit dem Radlenkwinkel bekannt. Außerdem ist es bekannt, dass Steer-by-Wire-Lenksysteme möglich sind, wobei zwischen Lenkrad und zu lenkenden Rädern keine mechanische Verbindung besteht.
• Offenbarung der Erfindung
• Aktuelle EPS-Lenksysteme weisen eine durchgängige mechanische Kopplung vom Lenkrad des betreffenden Fahrzeugs bis zum Radlenkwinkel auf. Es besteht ein mechanischer Durchgriff, der eine konstante bzw. nicht über Software änderbare Übersetzung vom Rad bis zum Lenkrad zur Folge hat. Es kann daher keine Anpassung der Lenkübersetzung z.B. für einen speziellen Bereich vorgenommen werden. Im Gegensatz dazu, besteht bei Steer-by-Wire-Lenkungen kein mechanischer Durchgriff. Steer-by-Wire-Lenksysteme zeichnen sich dadurch aus, dass keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkwinkel der lenkbaren Räder besteht. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit das Lenkrad unabhängig von der Auslenkung zu bewegen bzw. die Übersetzung vom lenkbaren Rad zum Eingabeelement je nach Bereich zu ändern.
• Eine Aufgabe ist daher, ein Lenksystem für eine Steer-by-Wire-Lenkung zur Verfügung zu stellen, wobei das Lenkgefühl des Fahrers am Lenkrad angepasst wird, um ein adäquates bzw. angenehmes Lenkgefühl über das Lenkrad zu vermitteln.
• Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Anpassung des Lenkgefühls für einen Fahrer eines Fahrzeugs an einem Eingabeelement des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, wobei das Fahrzeug ein Steer-by-Wire-Lenksystem aufweist, umfassend die Schritte: Erstellen einer Referenz des Lenkgefühls und Adaption des Lenkgefühls über Skalierungsfaktoren.
• Steer-by-wire-Lenksysteme bieten aufgrund der Entkopplung von Eingabeelement, insbesondere Lenkrad, und Radlenkwinkel die Möglichkeit das Lenkgefühl aufgrund des Lenkrads beliebig einzustellen. Insbesondere kann das Lenkgefühl derart eingestellt werden, dass sich ein hoher Komfort und eine hohe Sicherheit für den Fahrer des betreffenden Fahrzeugs ergibt.
• Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Steuergerät eines Lenksystems mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Verfügung gestellt.
• Als dritte Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem mit einem Steuergerät nach Anspruch 7 zur Verfügung gestellt.
• Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
• Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei die Referenz die Elemente umfasst: Basislenkmoment mit den Eingangsgrößen Zahnstangenkraft und Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Aktiver Rücklauf mit den Eingangsgrößen Lenkradwinkel, Fahrermoment und Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Dämpfung mit den Eingangsgrößen Lenkradwinkelgeschwindigkeit, Fahrermoment und Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Hysterese mit den Eingangsgrößen Lenkradwinkelgeschwindigkeit, Fahrermoment und Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Trägheit mit den Eingangsgrößen Lenkradwinkelbeschleunigung, Fahrermoment und Fahrzeuggeschwindigkeit.
• Die Elemente Basislenkmoment, Aktiver Rücklauf, Dämpfung, Hysterese und Trägheit stellen bedeutsame Elemente zur Erstellung einer Referenz eines Lenkgefühls dar. Allerdings kann es weitere Elemente geben, die ebenfalls bei der Berechnung der Referenz berücksichtigt werden können.
• Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei sich die Skalierungsfaktoren ergeben als Referenz-Basislenkmoment/ aktuelles Basislenkmoment und/oder Referenz-Aktiver Rücklauf/ aktueller Aktiver Rücklauf und/oder Referenz-Dämpfung/ aktuelle Dämpfung und/oder Referenz-Hysterese/ aktuelle Hysterese und/oder Referenz-Trägheit/ aktuelle Trägheit.
• Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei sich ein Soll-Lenkgefühl ergibt als: $$\begin{array}{l}\text{Soll-Lenkgefühl}=\text{Basislenkmoment}·\text{Skalierungsfaktor\_1}+\text{Aktiver}\\ \text{Rücklauf}·\text{Skalierungsfaktor\_2}+\text{Dämpfung}·\text{Skalierungsfaktor\_3}+\\ \text{Hysterese}·\text{Skalierungsfaktor\_4}+\text{Trägheit}·\text{Skalierungsfaktor\_5}\text{.}\end{array}$$

  
• In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei sich ergibt: $$\begin{array}{l}\text{Skalierungsfaktor\_1}=\text{Referenz-Basislenkmoment/ aktuelles}\\ \text{Basislenkmoment und/oder Skalierungsfaktor\_2}=\text{Referenz-Aktiver}\\ \text{Rücklauf}/\text{aktueller Aktiver Rücklauf und/oder Skalierungsfaktor\_3}=\\ \text{Referenz-Dämpfung/ aktuelle Dämpfungund}/\text{oder Skalierungsfaktor\_4}=\\ \text{Referenz-Hysterese/ aktuelle Hysterese und/oder Skalierungsfaktor\_5}=\\ \text{Referenz-Trägheit/ aktuelle Trägheit}\text{.}\end{array}$$

  
• Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das Eingabeelement ein Lenkrad ist.
• In einer alternativen Ausführungsform ist ein Eingabeelement ein Joystick.
• In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei das Lenksystem ein Zentralsteller oder ein Einzelradsteller ist. Als Einzelradsteller kann beispielsweise ein Corner Modul angesehen werden, bei dem Lenken, Bremsen und Antrieb jeweils in einer Einheit pro Rad integriert ist. Zentralsteller können sich in Ihrem Aufbau zum Einzelradsteller durch das axial verschiebbare Bewegungselement, klassisch als Zahnstange ausgeführt, unterscheiden.
• Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei das Lenksystem ein Zentralsteller oder ein Einzelradsteller ist.
• Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, die mechanische Entkopplung des Lenkrads vom Radlenkwinkel eines Fahrzeugs zu nutzen, um ein verbessertes Lenkgefühl zu erreichen, insbesondere um eine Lenkbewegung eines Lenkrads zu ermöglichen, die ein angenehmes Lenkgefühl und eine angemessene Hilfe beim Lenken des Fahrzeugs für den betreffenden Fahrer darstellt.
• Als eine weitere Idee der Erfindung kann angesehen werden, die Skalierung des Lenkgefühls, das sich für den Fahrer eines Fahrzeugs ergibt, derart anzupassen, dass das Lenkgefühl auch bei unterschiedlichen Lenkübersetzungen konstant bleibt bzw. seine Charakteristik gleich bleibt.
• Insbesondere soll die Entkopplung des Eingabeelements des Fahrzeugs, insbesondere des Lenkrads, und des Radlenkwinkels bei einem Steer-by-wire-Lenksystem eines Zentralstellers oder eines Einzelradstellers dazu genutzt werden, um eine Skalierbarkeit des Lenkgefühls bei Veränderung der variablen Übersetzung des Lenksystems zur Verfügung zu stellen.
• Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise eine Reduktion des Applikationsaufwands, da auf eine begrenzte Anzahl an Applikationsvarianten zurückgegriffen werden kann. Außerdem wird die Verwendung einer Referenzapplikation ermöglicht, wobei die Referenzapplikation als eine gewünschte Zielapplikation zu verstehen ist. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Parameter eingeführt werden, die eine Anpassung und Skalierung der winkelabhängigen Lenkgefühlkomponenten über eine Verhältnisbildung ermöglichen. Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche Steuerungsmöglichkeit des Eingabeelements, insbesondere des Lenkrads.
• Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
• Figurenliste
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
• 1 eine Darstellung der Elemente einer Lenkgefühlapplikationsvorrichtung und
• 2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Ablaufs einer Lenkgefühlapplikation.
• Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
• 1 zeigt eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Lenkgefühls für den Fahrer des betreffenden Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung aus unterschiedlichen Komponenten bestehen kann. Beispielsweise mit einer ersten Komponente 2, die ein Basislenkmoment zur Verfügung stellt, eine Komponente 3, die ein aktives Rücklaufmoment appliziert, wodurch sich ein gewünschtes Soll-Rücklaufverhalten des Lenkrads zur Mitte über den gesamten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich ergibt. Außerdem kann eine Komponente 4 eine Dämpfung erzeugen, eine weitere Komponente 5 ergibt ein Hystereseverhalten und eine Komponente 6 führt zu einer Trägheit.
• Eingangsgrößen der Komponente Basislenkmoment 2 können eine Zahnstangenkraft und die Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Eingangsgrößen des aktiven Rücklaufs 3 können der Lenkradwinkel, das Fahrmoment und die Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Bei der Eingangsgröße des aktuellen Lenkradwinkels wird eine passende Sollrücklaufgeschwindigkeit vorgegeben. Diese Eigenschaft bestimmt die Fahrzeugreaktion und das Rückstellen der Fahrzeugachse zur Mitte. Deswegen liegt bei direkteren Übersetzungen als die Referenzübersetzung ein kleinerer Lenkradwinkel bei gleicher Radposition vor und der Rücklauf zur Mitte muss entsprechend langsamer erfolgen. Bei indirekten Übersetzungen verhält es sich andersherum, so dass die Sollrücklaufgeschwindigkeit erhöht werden muss, um ein ähnliches Verhalten wie bei der Referenzapplikation des Lenkgefühls zu erzielen. Eingangsgrößen der Dämpfung 4 können die Lenkradwinkelgeschwindigkeit, das Fahrmoment und die Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Bei der Berechnung der Hysterese 5 können Eingangsgrößen Lenkradwinkelgeschwindigkeit, das Fahrmoment und die Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Eingangsgrößen der Komponente 6 können die Lenkradbeschleunigung, das Fahrmoment und die Fahrzeuggeschwindigkeit sein.
• Für alle Elemente können für die Lenkradwinkelgrößen ein jeweiliger Skalierungsfaktor errechnet werden, der sich aus dem Verhältnis von Referenzübersetzung zu der aktuellen Übersetzung ergibt.
• Die entsprechende Formel für den Skalierungsfaktor ergibt sich als: Skalierungsfaktor Lenkgefühlapplikation = (Ausgangsübersetzung Referenzapplikation)/(aktuelle Übersetzung).
• Der für alle Module erforderliche Skalierungsfaktor ergibt sich daher als Verhältnis von Referenzübersetzung zur aktuellen Übersetzung. Die aktuelle Übersetzung ist von den unterschiedlichen Gegebenheiten, wie beispielweise Zahnstangenhub und/oder Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeugs abhängig. Der Skalierungsfaktor als Ergebnis der Verhältniszahlbildung nimmt Einfluss auf den Winkel, die Winkelgeschwindigkeit und/oder Winkelbeschleunigung des Lenkrads. Der Skalierungsfaktor kann zusätzlich beispielsweise auf die Fahrsituation oder die Fahrweise des Fahrers angepasst werden.
• 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Applikation eines Lenkgefühls auf ein Lenkrad, wobei in einem ersten Schritt ein Referenzmodell als Soll-Wert eines gewünschten Lenkgefühls erstellt wird 7. Dieses Referenzmodell kann fünf Einheiten aufweisen, und zwar ein Basislenkmoment, einen aktiven Rücklauf, eine Dämpfung, eine Hysterese und eine Trägheit 8. Ergibt sich, dass das aktuelle Lenkgefühl, das ein Fahrer des betreffenden Fahrzeugs am Lenkrad empfindet, von diesem gewünschten Lenkgefühl abweicht 9, erfolgt eine entsprechende Anpassung 10 des Lenkverhaltens, insbesondere des Basislenkmoments, des aktiven Rücklaufs, der Dämpfung, der Hysterese und/oder der Trägheit zur Beibehaltung der Charakteristik des Lenkgefühls.
• Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
• Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur Anpassung des Lenkgefühls für einen Fahrer eines Fahrzeugs an einem Eingabeelement des Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Steer-by-Wire-Lenksystem aufweist, umfassend die Schritte: Erstellen einer Referenz des Lenkgefühls (7) und Adaption des Lenkgefühls über Skalierungsfaktoren (10).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Referenz die Elemente umfasst: Basislenkmoment (2) mit den Eingangsgrößen Zahnstangenkraft und Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Aktiver Rücklauf (3) mit den Eingangsgrößen Lenkradwinkel, Fahrermoment und Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Dämpfung (4) mit den Eingangsgrößen Lenkradwinkelgeschwindigkeit, Fahrermoment und Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Hysterese (5) mit den Eingangsgrößen Lenkradwinkelgeschwindigkeit, Fahrermoment und Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Trägheit (6) mit den Eingangsgrößen Lenkradwinkelbeschleunigung, Fahrermoment und Fahrzeuggeschwindigkeit.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei sich die Skalierungsfaktoren ergeben als Referenz-Basislenkmoment/ aktuelles Basislenkmoment (2) und/oder Referenz-Aktiver Rücklauf/ aktueller Aktiver Rücklauf (3) und/oder Referenz-Dämpfung/ aktuelle Dämpfung (4) und/oder Referenz-Hysterese/ aktuelle Hysterese (5) und/oder Referenz-Trägheit/ aktuelle Trägheit (6).
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei sich ein Soll-Lenkgefühl ergibt als: $$\begin{array}{l}\text{Soll-Lenkgefühl}=\text{Basislenkmoment }\left(2\right)·\text{ Skalierungsfaktor\_1}+\text{Aktiver}\\ \text{Rücklauf }\left(3\right)·\text{ Skalierungsfaktor\_2}+\text{Dämpfung }\left(4\right)·\text{ Skalierungsfaktor\_3}\\ \text{+Hysterese }\left(5\right)·\text{ Skalierungsfaktor\_4}+\text{Trägheit }\left(6\right)·\\ \text{Skalierungsfaktor\_5}\text{.}\end{array}$$

   
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei sich ergibt: Skalierungsfaktor_1 = Referenz-Basislenkmoment/ aktuelles Basislenkmoment (2) und/oder Skalierungsfaktor_2 = Referenz-Aktiver Rücklauf/ aktueller Aktiver Rücklauf (3) und/oder Skalierungsfaktor_3 = Referenz-Dämpfung/ aktuelle Dämpfung (4) und/oder Skalierungsfaktor_4 = Referenz-Hysterese/ aktuelle Hysterese (5) und/oder Skalierungsfaktor 5 = Referenz-Trägheit/ aktuelle Trägheit (6).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Eingabeelement ein Lenkrad ist.
7. Steuergerät eines Lenksystems mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Lenksystem mit einem Steuergerät nach Anspruch 7.
9. Lenksystem nach Anspruch 8, wobei das Lenksystem einen Zentralsteller oder ein Einzelradsteller umfasst.

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