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Die Erfindung betrifft ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Ein herkömmliches Kraftfahrzeug weist ein Lenksystem mit oder ohne Lenkunterstützung (Servolenkung) auf. Das herkömmliche Lenksystem weist eine mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs und lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeugs auf. Die Anzahl von aufeinanderfolgend gleichsinnig durchgeführten Lenkradumdrehungen ist durch eine begrenzte Beweglichkeit einer Zahnstange eines Lenkgetriebes des Lenksystems begrenzt.
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Ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs kann alternativ als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet sein, bei dem keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Rädern vorhanden ist. Ein solches Steer-by-Wire-Lenksystem weist einen Feedback-Aktuator zum zeitweiligen Erzeugen eines variablen Lenkwiderstands an dem Lenkrad auf, um dem Fahrer über das Lenkrad eine Rückmeldung über die Betriebszustände der lenkbaren Räder geben zu können, die vergleichbar mit der Rückmeldung ist, die ein Fahrer bei einem herkömmlichen Lenksystem mit mechanischer Verbindung zwischen Lenkrad und lenkbaren Rädern erhält. Des Weiteren weist ein Steer-by-Wire-Lenksystem einen elektromechanischen Lenkaktuator zum zeitweiligen Erzeugen eines variablen Lenkmoments an den lenkbaren Rädern auf. Der Lenkaktuator greift in der Regel an einer Zahnstange eines Lenkgetriebes an.
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Bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem können die lenkbaren Räder mechanisch unabhängig von dem Lenkrad betätigt werden. Zudem kann das Lenkrad mechanisch unabhängig von den lenkbaren Rädern betätigt werden. Dies ermöglicht die Realisierung verschiedener Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Änderung des Lenkradwinkels und einer Änderung des Lenkwinkels der lenkbaren Räder. Aufgrund der begrenzten Beweglichkeit der lenkbaren Räder muss dem Fahrer jedoch mittels des Feedback-Aktuators angezeigt werden, bei welchem Lenkradwinkel die lenkbaren Räder maximal eingelenkt sind bzw. ein maximaler Lenkwinkel vorliegt. Wegen der variierbaren Übersetzungsverhältnisse zwischen der Lenkradwinkeländerung und der Lenkwinkeländerung sollte dieser Lenkradwinkel variieren. Das Erreichen des Lenkradwinkels, bei dem die lenkbaren Räder maximal eingelenkt sind, kann dem Fahrer alternativ über ein anderes Mittel als den Feedback-Aktuator angezeigt werden, beispielsweise über eine an einer Lenksäule angreifende Blockiereinrichtung oder Bremseinrichtung.
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Wird der Feedback-Aktuator zum Anzeigen des Lenkradwinkels, bei dem die lenkbaren Räder maximal eingelenkt sind, verwendet, muss der Feedback-Aktuator zum Erzeugen eines entsprechend hohen Lenkwiderstands ausgelegt werden, um zu verhindern, dass das Lenkrad weitergedreht wird, wenn die lenkbaren Räder maximal eingelenkt sind. Diese leistungsstarke Auslegung des Feedback-Aktuators beeinflusst erheblich die Größe und den Preis des Feedback-Aktuators sowie den für den Feedback-Aktuator vorgesehenen Bauraum und die Funktionssicherheit.
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Die
US 2003/0146038 A1 (=
US 6 896 089 B2 ) offenbart ein Steer-by-Wire-Lenksystem zum Lenken von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs. Das Lenksystem weist ein Lenkrad und eine Lenkeingabewelle auf, die mechanisch mit dem Lenkrad verbunden ist. Eine Gehäusestruktur ist nahe der Lenkeingabewelle angeordnet. Ein männliches Element ist an der Gehäusestruktur vorgesehen und eine weibliche Aufnahme ist in der Lenkeingabewelle ausgebildet, um das männliche Element passend aufzunehmen. Die weibliche Aufnahme weist ein Paar von Endwänden zum Begrenzen der Drehbewegung des Lenkrads auf. Das Lenksystem weist zudem einen Lenkaktuator zum Einschlagen der lenkbaren Räder in Reaktion auf eine Drehung des Lenkrads auf.
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Aus der
DE 10 2005 015 816 A1 ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 bekannt. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen von einem Feedback-Aktuator eines Steer-by-Wire-Lenksystems maximal aufzubringenden Lenkwiderstand und hierdurch die Kosten für den Feedback-Aktuator zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß kann ein Feedback-Aktuator zum Anzeigen des Erreichens des maximalen Lenkwinkels des lenkbaren Rads eingesetzt werden, der einen relativ geringen Lenkwiderstand erzeugt, da es erlaubt ist, dass der Fahrer das Lenkrad nach Erreichen des den maximalen Lenkwinkel anzeigenden Anschlaglenkwinkels, insbesondere unter höher werdendem Lenkwiderstand, weiterdrehen kann, was bedeutet, dass der Feedback-Aktuator keinen Lenkwiderstand erzeugt, der ein größeres Drehmoment aufweist als das durch die Betätigung des Fahrers auf das Lenkrad einwirkende entgegengesetzte Drehmoment. Da also der Feedback-Aktuator kein entsprechend großes Drehmoment erzeugen muss, kann der Feedback-Aktuator entsprechend leistungsschwächer und kleiner ausgelegt und somit kostengünstiger beschafft werden. Zudem muss nicht zusätzlich eine Blockiereinrichtung oder eine Bremseinrichtung verbaut werden, um zu verhindern, dass der Fahrer das Lenkrad über den Anschlaglenkradwinkel hinausdreht. Somit führt die Erfindung insgesamt zu einem sehr kosteneffektiven und platzsparenden Aufbau des Steer-by-Wire-Lenksystems.
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Durch das „Überdrehen“ des Lenkrads nach Überschreitung des Anschlagdrehwinkels kommt es zu einer Fehlausrichtung des Lenkradwinkels relativ zu dem Lenkwinkel, da das lenkbare Rad aus mechanischen Gründen nicht weitergehender eingeschlagen werden kann, beispielsweise wegen der Begrenztheit einer mit dem lenkbaren Rad verbundenen Zahnstange eines Lenkgetriebes. Diese Fehlausrichtung wird mit der Erfindung während einer Verringerung des Lenkradwinkels nach der unmittelbar vorhergehend erfolgten Überschreitung des Anschlaglenkradwinkels fortschreitend vollständig aufgehoben, bis sowohl der Lenkradwinkel als auch der Lenkwinkel den Wert Null aufweisen.
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Hierzu kann die Systemelektronik beispielsweise einen Ausgleichalgorithmus aufweisen bzw. durchführen, der die relative Fehlausrichtung zwischen Lenkrad und lenkbarem Rad in Abhängigkeit des bei Beginn der Verringerung des Lenkradwinkels gegebenen momentanen Lenkradwinkels relativ zu dem Anschlaglenkradwinkel und/oder dem maximalen Lenkwinkel des lenkbaren Rads kompensiert bzw. eine geeignete Kompensationsstrategie auswählt. Der Ausgleichalgorithmus sorgt dafür, dass die gesamte relative Fehlausrichtung unbemerkbar für den Fahrer beseitigt wird, während der Ausgleichalgorithmus durch eine Ansteuerung des Lenkaktuators sicherstellt, dass das lenkbare Rad in Übereinstimmung mit der Lenkeingabe des Fahrers über das Lenkrad in seine einem Geradeauslauf zugeordnete Mittelposition zurückbewegt wird. Zudem stellt diese Systemelektronik sicher, dass die Fehlausrichtung vollständig beseitigt ist, wenn der Lenkradwinkel auf den Wert Null verringert worden ist.
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Bei einer ersten erfindungsgemäßen Variante ist die Systemelektronik eingerichtet, den Lenkaktuator derart anzusteuern, dass der Lenkwinkel des lenkbaren Rads ab Beginn der Verringerung des Lenkradwinkels des Lenkrads nach unmittelbar vorhergehend erfolgter Überschreitung des dem maximalen Lenkwinkel des lenkbaren Rads zugeordneten Anschlaglenkradwinkels des Lenkrads mit einem konstanten oder auf vorgegebene Weise variierenden Übersetzungsverhältnis verringert wird, das in Abhängigkeit des bei Beginn der Verringerung gegebenen momentanen Lenkradwinkels ausgewählt wird. Hierdurch wird ab dem Beginn der Verringerung des Lenkradwinkels begonnen, das lenkbare Rad in Richtung seiner Mittelstellung zu bewegen, was sowohl eine akustische Rückmeldung, beispielsweise durch ein Scheuern eines Reifens des lenkbaren Rads über den jeweiligen Untergrund, als auch eine Fahrzeugreaktion sowohl bei rollendem Kraftfahrzeug als auch bei stillstehendem Kraftfahrzeug erzeugt. Dies ist von Vorteil, da der Fahrer eventuell nicht bemerkt hat, dass er die relative Fehlausrichtung herbeigeführt hat, die Fehlausrichtung jedoch bei einer Verringerung des Lenkradwinkels deutlich und unangenehm spürbar sein kann, wenn kein erfindungsgemäßes Zurückbewegen des lenkbaren Rads unmittelbar ab Beginn der Verringerung des Lenkradwinkels erfolgt. Bei einem auf vorgegebene Weise variierenden Übersetzungsverhältnis kann beispielsweise mit einem Übersetzungsverhältnis begonnen werden, das indirekter als ein Übersetzungsverhältnis unmittelbar vor der Verringerung des Lenkradwinkels des Lenkrads ist und das im Weiteren basierend auf dem Lenkradwinkel und/oder einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit direkter gemacht wird, um die relative Fehlausrichtung vollständig zu beseitigen, bis der Lenkradwinkel Null erreicht ist.
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Bei der zweiten erfindungsgemäßen Variante ist die Systemelektronik eingerichtet, den Lenkaktuator derart anzusteuern, dass der Lenkwinkel des lenkbaren Rads während der Verringerung des Lenkradwinkels des Lenkrads erst ab Erreichen des Anschlaglenkradwinkels des Lenkrads mit demselben Übersetzungsverhältnis wie das Übersetzungsverhältnis unmittelbar vor der Verringerung des Lenkradwinkels des Lenkrads verringert wird. Die Verringerung des Lenkwinkels wird hiernach bei der Verringerung des Lenkradwinkels also erst zeitversetzt später begonnen, so dass diejenigen Lenkradwinkel, die größer als der Anschlaglenkradwinkel sind, bei der Ansteuerung des Lenkaktuators unberücksichtigt bleiben. Die relative Fehlausrichtung zwischen dem Lenkradwinkel und dem Lenkwinkel wird also ausgeglichen, bevor die Betätigung des Lenkrads zu einer Lenkbewegung des lenkbaren Rads führt.
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Der Lenkradwinkelsensor kann zumindest teilweise an einer drehfest mit dem Lenkrad verbundenen Lenksäule oder direkt an dem Lenkrad angeordnet sein. Der Lenkradwinkelsensor ist über wenigstens eine elektrische Leitung oder kabellos mit der Systemelektronik verbunden oder verbindbar. Das erfindungsgemäße Steer-by-Wire-Lenksystem kann auch zwei oder mehrere Lenkradwinkelsensoren aufweisen.
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Der Feedback-Aktuator kann an der Lenksäule angreifen, um auf diese ein Drehmoment übertragen zu können, das einen entsprechenden Lenkwiderstand an dem Lenkrad erzeugt. Der Feedback-Aktuator kann elektromechanisch ausgebildet sein. Mit dem Feedback-Aktuator kann der Lenkwiderstand während bestimmter Lenkvorgänge erzeugt werden, bei denen der momentane Lenkradwinkel sich ausreichend dem Anschlaglenkradwinkel nähert. Mit dem Feedback-Aktuator können zusätzlich auch andere haptisch erfassbare Rückmeldungen an dem Lenkrad erzeugt werden, beispielsweise solche, die einen Rückschluss auf das Oberflächenprofil eines momentan befahrenen Untergrunds erlauben.
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Der Lenkaktuator kann als Elektromotor ausgebildet sein, der beispielsweise ein Ritzel aufweist, das mit einer Zahnstange kämmt, die mit dem lenkbaren Rad oder zwei lenkbaren Rädern einer Fahrzeugachse verbunden ist. Das Ritzel und die Zahnstange bilden zumindest einen Teil eines Lenkgetriebes des Kraftfahrzeugs. Alternativ kann das Steer-by-Wire-Lenksystem für jedes lenkbare Rad einen eigenen Lenkaktuator aufweisen, wodurch die lenkbaren Räder beispielsweise mechanisch unabhängig voneinander betätigt werden können, so dass die Lenkwinkel der lenkbaren Räder bei Bedarf auch geringfügig voneinander abweichen können.
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Der Lenkwinkelsensor kann an dem Lenkaktuator, der Zahnstange des Lenkgetriebes oder an einer Radaufhängung des lenkbaren Rads angeordnet sein. Der Lenkwinkelsensor ist über wenigstens eine elektrische Leitung oder kabellos mit der Systemelektronik verbunden oder verbindbar. Das erfindungsgemäße Steer-by-Wire-Lenksystem kann auch zwei oder mehrere Lenkwinkelsensoren, insbesondere für jedes lenkbare Rad einen eigenen Lenkwinkelsensor, aufweisen.
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Die Systemelektronik weist wenigstens einen Mikroprozessor auf, durch den ein Ausgleichalgorithmus zum Ausgleichen der relativen Fehlausrichtung zwischen dem Lenkradwinkel und dem Lenkwinkel ausgeführt werden kann. Zudem kann die Systemelektronik wenigstens einen elektronischen Datenspeicher aufweisen, auf den der Mikroprozessor zur Verarbeitung der Sensorsignale zugreifen kann. Die Systemelektronik ist eingerichtet, eine Bestromung des Feedback-Aktuators und des Lenkaktuators zu steuern und/oder zu regeln, insbesondere unter Berücksichtigung der Signale des Lenkradwinkelsensors und des Lenkwinkelsensors. Die Systemelektronik kann eingerichtet sein, das Übersetzungsverhältnis zwischen der Lenkradwinkeländerung und der Lenkwinkeländerung mit größer werdender Fahrgeschwindigkeit immer direkter zu machen, und umgekehrt. Ein direktes Übersetzungsverhältnis zeichnet sich dadurch aus, dass eine Lenkbewegung des Lenkrads um ein bestimmtes Ausmaß zu einer geringeren Variation des Lenkwinkels des lenkbaren Rads führt als bei einem indirekteren Übersetzungsverhältnis. Die Systemelektronik kann den Feedback-Aktuator derart ansteuern, dass der mit dem Feedback-Aktuator erzeugte Lenkwiderstand zumindest zu Beginn der Erzeugung des Lenkwiderstands steil mit dem Lenkradwinkel anwächst, beispielsweise überproportional anwächst.
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Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug sein. Das Kraftfahrzeug kann einen herkömmlichen Antrieb aufweisen oder ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridelektrofahrzeug sein. Die Erfindung betrifft ebenso ein Kraftfahrzeug, das mit einem erfindungsgemäßen Steer-by-Wire-Lenksystem ausgestattet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Steer-by-Wire-Lenksystem wenigstens eine mechanische Lenkradwinkelbegrenzung auf, die einen maximalen Lenkradwinkel mechanisch definiert, der größer ist als der Anschlaglenkradwinkel bei einem mit der Systemelektronik herstellbaren indirektesten Übersetzungsverhältnis. Hierdurch wird verhindert, dass der Fahrer das Lenkrad in einer Drehrichtung beliebig weiterdrehen kann, was zudem zu einer beliebig großen relativen Fehlausrichtung zwischen dem Lenkradwinkel und dem Lenkwinkel führen würde. Die Lenkradwinkelbegrenzung kann beispielsweise entsprechend
US 6 896 089 B2 (=
US 2003/0146038 A1 ) ausgebildet sein. Die Lenkradwinkelbegrenzung ist derart ausgebildet, dass verhindert wird, dass das Lenkrad während einer Lenkbewegung bei irgendeinem von der Systemelektronik ausgewählten Übersetzungsverhältnis mechanisch gestoppt wird, bevor der Lenkradwinkel den jeweiligen Anschlaglenkradwinkel erreicht hat. Die Auslegung der mechanischen Lenkradwinkelbegrenzung kann in Abhängigkeit des gewünschten indirektesten Übersetzungsverhältnisses erfolgen.
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Erfindungsgemäß ist die Systemelektronik eingerichtet, aus den Signalen des Lenkradwinkelsensors eine Lenkraddrehgeschwindigkeit zu ermitteln und den Feedback-Aktuator derart anzusteuern, dass der Lenkwiderstand bis zum Erreichen des Anschlaglenkradwinkels unter Berücksichtigung der Lenkraddrehgeschwindigkeit erzeugt wird. Hierdurch kann beispielsweise der bei Vorliegen des Anschlaglenkradwinkels gewünschte Lenkwiderstand bei höherer Lenkraddrehgeschwindigkeit schneller aufgebaut werden, als wenn das Lenkrad eine geringere Lenkraddrehgeschwindigkeit aufweist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Systemelektronik eingerichtet, den Feedback-Aktuator derart anzusteuern, dass der Lenkwiderstand bei Vergrößerung des Lenkradwinkels ab Erreichen eines vorgegebenen Lenkradwinkels ungleich Null, der geringer als der Anschlaglenkradwinkel ist, auf einen bei Vorliegen des Anschlaglenkradwinkels gegebenen Lenkwiderstandswert kleiner als ein oder gleich einem Maximallenkwiderstand angehoben wird und bei der Verringerung des Lenkradwinkels nach erfolgter Überschreitung des Anschlaglenkradwinkels verringert wird. Der Lenkwiderstand kann beispielsweise monoton bis zu dem bei Vorliegen des Anschlaglenkradwinkels gegebenen Lenkwiderstandswert ansteigen. Alternativ kann der Lenkwiderstand nicht entsprechend monoton ansteigen und beispielsweise vor dem Erreichen des Anschlaglenkradwinkels kurzzeitig stärker ansteigen und anschließend wieder etwas abfallen, um dem Fahrer das Überschreiten des Anschlaglenkradwinkels deutlicher anzuzeigen. Das Verringern des Lenkwiderstands nach erfolgter Überschreitung des Anschlaglenkradwinkels kann in Form eines monoton oder nicht monoton abfallenden Lenkwiderstands gegeben sein. Durch das Beginnen des Anhebens des Lenkwiderstands vor Erreichen des Anschlaglenkradwinkels wird dem Fahrer das Erreichen des maximalen Lenkvorgangs rechtzeitig angezeigt. Der Lenkwiderstand kann beim Einschlagen des Lenkrads beim Erreichen des Anschlaglenkradwinkels auf einen vorgegebenen Wert angehoben werden, der bis zum Erreichen des mechanisch definierten maximalen Lenkradwinkels beibehalten werden kann, solange der Lenkradwinkel vergrößert wird. Sobald der Lenkradwinkel durch einen Lenkvorgang wieder verringert wird, kann der Lenkwiderstand auf einen normalen Lenkwiderstandsbereich verringert werden, der vor der Überschreitung des Anschlaglenkradwinkels vorgelegen hat. Der Maximallenkwiderstand kann derjenige Lenkwiderstand sein, der mit dem Feedback-Aktuator maximal erzeugbar ist. Alternativ kann der Maximallenkwiderstand geringer als der mit dem Feedback-Aktuator maximal erzeugbare Lenkwiderstand sein. Hierdurch besteht die Möglichkeit, den Lenkwiderstand abhängig von der Lenkradwinkelgeschwindigkeit zu erzeugen, um ein Lenkgefühl zu erzeugen, das einem Lenkgefühl eines herkömmlichen mechanischen Lenksystems ähnlicher ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Systemelektronik eingerichtet, den Feedback-Aktuator derart anzusteuern, dass der Lenkwiderstand bei der Verringerung des Lenkradwinkels entsprechend dem Lenkwiderstand bei der Vergrößerung des Lenkradwinkels in Abhängigkeit einer Änderung des Lenkradwinkels variiert wird. Hierdurch wird dem Fahrer ein intuitives Lenkgefühl vermittelt. Ein während der Verringerung des Lenkradwinkels vorgegebener Zusammenhang zwischen dem Lenkwiderstand und dem Lenkradwinkel kann einem vorgegebenen Zusammenhang zwischen dem Lenkwiderstand und dem Lenkradwinkel während der Vergrößerung des Lenkwinkels entsprechen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Systemelektronik eingerichtet ist, nach einer Verringerung des Lenkradwinkels auf einen Wert, der kleiner als der Anschlaglenkradwinkel ist, ein neues Übersetzungsverhältnis festzulegen.
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Hierdurch wird der Ausgleichbetrieb zum vollständigen Ausgleichen der relativen Fehlausrichtung zwischen dem Lenkradwinkel und dem Lenkwinkel beendet und ein Normalbetrieb des Steer-by-Wire-Lenksystems begonnen. Folglich kann das Übersetzungsverhältnis nach erfolgter Überschreitung des Anschlaglenkradwinkels geändert werden, sobald der momentane Lenkradwinkel wieder kleiner als der Anschlaglenkradwinkel ist.
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Die obige Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf das Steer-by-Wire-Lenksystem genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann das Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein maximaler Lenkradwinkel mechanisch definiert, der größer ist als der Anschlaglenkradwinkel bei einem indirektesten Übersetzungsverhältnis. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Lenksystems genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Erfindungsgemäß wird aus einer Änderung des momentanen Lenkradwinkels eine Lenkraddrehgeschwindigkeit ermittelt und der Feedback-Aktuator wird derart angesteuert, dass der Lenkwiderstand bis zum Erreichen des Anschlaglenkradwinkels unter Berücksichtigung der Lenkraddrehgeschwindigkeit erzeugt wird. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Lenksystems genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Feedback-Aktuator derart angesteuert, dass der Lenkwiderstand bei Vergrößerung des Lenkradwinkels ab Erreichen eines vorgegebenen Lenkradwinkels ungleich Null, der geringer als der Anschlaglenkradwinkel ist, auf einen bei Vorliegen des Anschlaglenkradwinkels gegebenen Lenkwiderstandswert kleiner als ein oder gleich einem Maximallenkwiderstand angehoben wird und bei der Verringerung des Lenkradwinkels nach erfolgter Überschreitung des Anschlaglenkradwinkels verringert wird. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Lenksystems genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Feedback-Aktuator derart angesteuert, dass der Lenkwiderstand bei der Verringerung des Lenkradwinkels entsprechend dem Lenkwiderstand bei der Vergrößerung des Lenkradwinkels in Abhängigkeit einer Änderung des Lenkradwinkels variiert wird. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Lenksystems genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass nach einer Verringerung des Lenkradwinkels auf einen Wert, der kleiner als der Anschlaglenkradwinkel ist, nach vorhergehend erfolgter Überschreitung des Anschlaglenkradwinkels ein neues Übersetzungsverhältnis festgelegt wird. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Lenksystems genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Steer-by-Wire-Lenksystem,
- 2 ein Diagramm zu einem beispielhaften Lenkbetrieb des in 1 gezeigten Steer-by-Wire-Lenksystems und
- 3 ein Diagramm zu zwei weiteren beispielhaften Lenkbetriebsvarianten des in 1 gezeigten Steer-by-Wire-Lenksystems.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Steer-by-Wire-Lenksystem 1 für ein Kraftfahrzeug 2.
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Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 weist einen Lenkradwinkelsensor 3 zum Erfassen eines momentanen Lenkradwinkels eines Lenkrads 4 des Kraftfahrzeugs 2 auf. Hierzu ist der Lenkradwinkelsensor 3 an einer drehfest mit dem Lenkrad 4 verbundenen Lenksäule 5 angeordnet.
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Des Weiteren weist das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 einen Feedback-Aktuator 6 zum zumindest zeitweiligen Erzeugen eines variablen Lenkwiderstands an dem Lenkrad 4 auf. Hierzu ist der Feedback-Aktuator 6 an der Lenksäule 5 angeordnet.
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Zudem weist das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 einen Lenkaktuator 7 zum zumindest zeitweiligen Erzeugen eines variablen Lenkmoments an zwei lenkbaren Rädern 8 des Kraftfahrzeugs 2 auf. Der Lenkaktuator 7 weist ein Ritzel 9 auf, das mit einer Zahnstange 10 kämmt, die wiederum auf nicht gezeigte Art und Weise gelenkig mit den lenkbaren Rädern 8 verbunden ist.
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Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 weist des Weiteren einen Lenkwinkelsensor 11 zum Erfassen eines momentanen Lenkwinkels der lenkbaren Räder 8 auf. Hierzu ist der Lenkwinkelsensor 11 an der Zahnstange 10 angeordnet.
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Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 weist zudem eine Systemelektronik 12 zum Verarbeiten von Signalen des Lenkradwinkelsensors 3 und des Lenkwinkelsensors 11 und zum Ansteuern des Feedback-Aktuators 6 und/oder des Lenkaktuators 7 unter Berücksichtigung der Signale des Lenkradwinkelsensors 3 und des Lenkwinkelsensors 11 auf. Die Systemelektronik 12 ist eingerichtet, ein Übersetzungsverhältnis zwischen einer Lenkradwinkeländerung und einer Lenkwinkeländerung in Abhängigkeit von erfassten Fahrzeugparametern, beispielsweise der Fahrgeschwindigkeit, zu variieren.
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Die Systemelektronik 12 ist zudem eingerichtet, den Lenkaktuator 7 derart anzusteuern, dass der Lenkwinkel entweder ab Beginn einer Verringerung des Lenkradwinkels nach unmittelbar vorhergehend erfolgter Überschreitung eines einem maximalen Lenkwinkel zugeordneten Anschlaglenkradwinkels mit einem konstanten oder auf vorgegebene Weise variierenden Übersetzungsverhältnis verringert wird, das in Abhängigkeit des bei Beginn der Verringerung gegebenen momentanen Lenkradwinkels ausgewählt wird, oder während der Verringerung des Lenkradwinkels erst ab Erreichen des Anschlaglenkradwinkels mit demselben Übersetzungsverhältnis wie das Übersetzungsverhältnis unmittelbar vor der Verringerung des Lenkradwinkels verringert wird.
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Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 weist auch eine nicht gezeigte mechanische Lenkradwinkelbegrenzung auf, die einen maximalen Lenkradwinkel mechanisch definiert, der größer ist als der Anschlaglenkradwinkel bei einem mit der Systemelektronik 12 herstellbaren indirektesten Übersetzungsverhältnis.
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Die Systemelektronik 12 kann des Weiteren eingerichtet sein, aus den Signalen des Lenkradwinkelsensors 3 eine Lenkraddrehgeschwindigkeit zu ermitteln und den Feedback-Aktuator 6 derart anzusteuern, dass der Lenkwiderstand bis zum Erreichen des Anschlaglenkradwinkels unter Berücksichtigung der Lenkraddrehgeschwindigkeit erzeugt wird.
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Die Systemelektronik 12 ist eingerichtet, den Feedback-Aktuator 6 derart anzusteuern, dass der Lenkwiderstand bei Vergrößerung des Lenkradwinkels ab Erreichen eines vorgegebenen Lenkradwinkels ungleich Null, der geringer als der Anschlaglenkradwinkel ist, auf einen bei Vorliegen des Anschlaglenkradwinkels gegebenen Lenkwiderstandswert kleiner als ein oder gleich einem Maximallenkwiderstand angehoben wird und bei der Verringerung des Lenkradwinkels nach erfolgter Überschreitung des Anschlaglenkradwinkels verringert wird.
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Zudem kann die Systemelektronik 12 eingerichtet sein, den Feedback-Aktuator 6 derart anzusteuern, dass der Lenkwiderstand bei der Verringerung des Lenkradwinkels entsprechend dem Lenkwiderstand bei der Vergrößerung des Lenkradwinkels in Abhängigkeit einer Änderung des Lenkradwinkels variiert wird.
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Ferner ist die Systemelektronik 12 eingerichtet, nach einer Verringerung des Lenkradwinkels auf einen Wert, der kleiner als der Anschlaglenkradwinkel ist, nach vorhergehend erfolgter Überschreitung des Anschlaglenkradwinkels ein neues Übersetzungsverhältnis festzulegen.
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2 zeigt ein Diagramm zu einem beispielhaften Lenkbetrieb des in 1 gezeigten Steer-by-Wire-Lenksystems. Es ist das mit dem Feedback-Aktuator erzeugbare Lenkwiderstandmoment M gegen den Lenkradwinkel α aufgetragen.
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Der Fahrer führt eine Lenkbewegung an dem Lenkrad des Kraftfahrzeugs durch, was über den Lenkradwinkelsensor erfasst wird. Die Systemelektronik ist eingerichtet, den Feedback-Aktuator derart anzusteuern, dass der Lenkwiderstand bei Vergrößerung des Lenkradwinkels α ab Erreichen eines vorgegebenen Lenkradwinkels α3 ungleich Null, der geringer als der Anschlaglenkradwinkel α2 ist, auf einen bei Vorliegen des Anschlaglenkradwinkels α2 gegebenen Lenkwiderstandswert kleiner als ein oder gleich einem Maximallenkwiderstand mit dem maximalen Lenkwiderstandsmoment Mmax angehoben wird bzw. hier monoton ansteigt.
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In 2 steigt der Lenkwiderstand durch die Betätigung des Lenkrads bis auf den Maximallenkwiderstand Mmax bei einem Lenkradwinkel α4 an. Danach dreht der Fahrer das Lenkrad weiter bis zum Lenkradwinkel α5, ohne dass sich das Lenkwiderstandsmoment M ändert. Danach dreht der Fahrer das Lenkrad derart, dass sich der Lenkradwinkel α verringert, wobei die Systemelektronik eingerichtet ist, den Feedback-Aktuator derart anzusteuern, dass der Lenkwiderstand bei der Verringerung des Lenkradwinkels α nach erfolgter Überschreitung des Anschlaglenkradwinkels α2 verringert wird bzw. hier monoton abfällt. Insbesondere ist die Systemelektronik eingerichtet, den Feedback-Aktuator derart anzusteuern, dass der Lenkwiderstand bei der Verringerung des Lenkradwinkels α entsprechend dem Lenkwiderstand bei der Vergrößerung des Lenkradwinkels α in Abhängigkeit einer Änderung des Lenkradwinkels α variiert wird. Der Lenkwinkel des lenkbaren Rads kann ab dem Beginn der Verringerung des Lenkradwinkels α verringert werden. Alternativ kann der Lenkwinkel während der Verringerung des Lenkradwinkels α ab Erreichen des Lenkradwinkels α6 verringert werden.
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In 2 startet die bei dem Lenkradwinkel α3 beginnende Kurve bei einem Drehmomentwert Null. Dies muss jedoch nicht der Fall sein. Beispielsweise kann die Kurve auch bei einem Lenkwiderstand größer Null beginnen, wenn der Feedback-Aktuator momentan zur Erzeugung eines anderweitigen Feedbacks verwendet wird.
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3 zeigt ein Diagramm zu zwei weiteren beispielhaften Lenkbetriebsvarianten des in 1 gezeigten Steer-by-Wire-Lenksystems. Es sind der Lenkradwinkel α und der Lenkwinkel β gegenüber der Zeit t aufgetragen.
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Zum Zeitpunkt t0 sind sowohl der Lenkradwinkel α als auch der Lenkwinkel β gleich Null und es beginnt ein Lenkvorgang. Während des Lenkvorgangs dreht der Fahrer bis zum Zeitpunkt t1 an dem Lenkrad, bis ein Lenkradwinkel α1 erreicht ist, der größer als ein einem maximalen Lenkwinkel β1 der lenkbaren Räder des Kraftfahrzeugs zugeordneter Anschlaglenkradwinkel α2 ist.
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Der maximale Lenkwinkel β1 wird zum Zeitpunkt t2 erreicht und durch die mechanische Lenkradwinkelbegrenzung des Steer-by-Wire-Lenksystems definiert. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 wird der maximale Lenkwinkel β1 konstant aufrechterhalten, so dass zwischen diesen Zeitpunkten eine relative Fehlausrichtung (Versatz Δα=α1-α2 in den Lenkwinkelkoordinaten) zwischen dem Lenkradwinkel α und dem Lenkwinkel β erzeugt wird.
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Zum Zeitpunkt t1 beginnt eine Verringerung des Lenkradwinkels α bis zum Zeitpunkt t3. Die Systemelektronik des Steer-by-Wire-Lenksystems ist eingerichtet, den Lenkaktuator derart anzusteuern, dass der Lenkwinkel β ab Beginn einer Verringerung des Lenkradwinkels α nach der unmittelbar vorhergehend erfolgten Überschreitung des dem maximalen Lenkwinkel β1 zugeordneten Anschlaglenkradwinkels α2 mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis verringert wird, das indirekter als ein Übersetzungsverhältnis unmittelbar vor der Verringerung des Lenkradwinkels α ist. Dies ist durch die durchgezogene Linie 13 in 3 angedeutet. Alternativ kann die Systemelektronik eingerichtet sein, den Lenkaktuator derart anzusteuern, dass der Lenkwinkel β während der Verringerung des Lenkradwinkels α erst ab Erreichen des Anschlaglenkradwinkels α2 zum Zeitpunkt t4 mit demselben Übersetzungsverhältnis wie das Übersetzungsverhältnis unmittelbar vor der Verringerung des Lenkradwinkels α verringert wird und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 konstant auf dem Wert β1 gehalten wird. Dies ist durch die gestrichelte Linie 14 in 3 angedeutet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steer-by-Wire-System
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Lenkradwinkelsensor
- 4
- Lenkrad
- 5
- Lenksäule
- 6
- Feedback-Aktuator
- 7
- Lenkaktuator
- 8
- lenkbares Rad
- 9
- Ritzel von 7
- 10
- Zahnstange
- 11
- Lenkwinkelsensor
- 12
- Systemelektronik
- 13
- durchgezogene Linie (erste Alternative)
- 14
- gestrichelte Linie (zweite Alternative)
- α, αi
- Lenkradwinkel (i=1,... ,6)
- β, β1
- Lenkwinkel
- M
- Lenkwiderstandmoment
- Mmax
- maximales Lenkwiderstandsmoment
- t
- Zeit
- tj
- Zeitpunkt (J=0,...,4)
