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Die Erfindung betrifft die Lenkung eines Fahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit zur Steuerung des Lenksystems eines Fahrzeugs bei Vorliegen eines Versatzes zwischen der tatsächlichen Stellung der Lenkung des Fahrzeugs und der von einem Fahrer des Fahrzeugs an einem Lenkmittel eingestellten Lenkvorgabe.
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Bei Lenksystemen, bei denen das Lenkmittel (insbesondere das Lenkrad) nicht mechanisch mit einem festen Übersetzungsverhältnis mit den ein oder mehreren gelenkten Rädern verbunden ist, wie z.B. bei einer Aktivlenkung mit Überlagerungsgetriebe und/oder bei einem Steer-by-Wire Lenksystem, kann es vorkommen, dass bedingt durch eine verzögerte und/oder eine unzureichende Reaktion eines Lenkaktuators des Lenksystems auf eine Lenkvorgabe des Fahrers ein Versatz zwischen dem Lenkmittelwinkel des Lenkmittels (d.h. der Lenkvorgabe) und dem Radwinkel der ein oder mehreren gelenkten Räder entsteht.
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Das Lenksystem kann ausgebildet sein, z.B. mittels einer Regelung, den Versatz zwischen dem Lenkmittelwinkel des Lenkmittels und dem Winkel der Lenkung bzw. der ein oder mehreren gelenkten Räder abzubauen. Der Abbau des Versatzes kann jedoch zu einem unkomfortablen und/oder zu einem für einen Fahrer schlecht nachvollziehbaren Fahrverhalten eines Fahrzeugs führen.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, den Komfort und die Konsistenz eines Fahrzeugs mit einem mechanisch entkoppelten Lenksystem zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird jeweils durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Steuereinheit zur Steuerung eines Lenksystems eines Fahrzeugs beschrieben. Das Lenksystem umfasst ein Lenkmittel (insbesondere ein Lenkrad), das von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigt (insbesondere gedreht) werden kann, um als Lenkvorgabe einen Lenkmittelwinkel einzustellen. Der von dem Lenkmittel eingestellte Lenkmittelwinkel entspricht dabei typischerweise einem bestimmten Soll-Radwinkel, der an zumindest einem lenkbaren Rad des Fahrzeugs eingestellt werden soll. Der Lenkmittelwinkel kann relativ zu einer Referenzstellung bzw. relativ zu einer Geradeaus- bzw. Null-Stellung definiert sein.
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Das Lenksystem umfasst ferner einen Lenkaktuator (z.B. mit zumindest einem Elektromotor), der eingerichtet ist, den (Ist-) Radwinkel zumindest eines Rades des Fahrzeugs zur Lenkung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von Lenkmitteldaten in Bezug auf den Lenkmittelwinkel einzustellen. Die Lenkmitteldaten können mittels eines Lenkmittelsensors erfasst werden, wobei der Lenkmittelsensor eingerichtet ist, den von dem Lenkmittel eingestellten Lenkmittelwinkel als Sensordaten (d.h. als Lenkmitteldaten) zu erfassen. Der Radwinkel kann (analog zu dem Lenkmittelwinkel) relativ zu einer Referenzstellung, insbesondere relativ zu einer Geradeaus- bzw. einer Null-Stellung, definiert sein.
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Das Lenksystem kann derart ausgebildet sein, dass der Radwinkel (bei entsprechender Ansteuerung des Lenkaktuators) unabhängig von dem Lenkmittelwinkel eingestellt werden kann. Alternativ oder ergänzend kann das Lenksystem derart ausgebildet sein, dass das Lenkmittel von der Lenkung (insbesondere von der Zahnstangenlenkung und/oder von der Zahnstange) des Rades mechanisch entkoppelt ist. Insbesondere kann das Lenksystem ein Steer-by-Wire Lenksystem sein.
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Während des Betriebs des Lenksystems kann es (zumindest theoretisch) zu einem Versatz zwischen dem (von dem Lenkmittelwinkel angezeigten) Soll-Radwinkel und dem (von dem Lenkaktuator eingestellten) Ist-Radwinkel kommen. Ein derartiger Versatz kann insbesondere dann entstehen, wenn eine durch eine relativ schnelle Änderung des Lenkmittelwinkels vorgegebene Änderung des Soll-Radwinkels nicht bzw. nicht schnell genug durch den Lenkaktuator umgesetzt werden kann. Ein Regler des Lenksystems kann darauf ausgelegt sein, den Versatz zu reduzieren.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu detektieren, dass durch den Fahrer des Fahrzeugs eine Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels bewirkt wurde. Das Lenkmittel kann z.B. vor der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels in eine erste Richtung bewegt, insbesondere gedreht, worden sein (z.B. um den Betrag des Lenkmittelwinkels zu erhöhen). Andererseits kann das Lenkmittel nach der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels ggf. in eine, der ersten Richtung entgegengesetzten, zweiten Richtung bewegt, insbesondere gedreht, werden (z.B. um den Betrag des Lenkmittelwinkels zu reduzieren). An dem Zeitpunkt der Lenkrichtungs-Umkehr kann der Lenkmittelwinkel ggf. ein lokales Maximum aufweisen. Die erste Richtung kann einer Erhöhung des (Betrages des) Lenkmittelwinkels (bzw. des Radwinkels) entsprechen. Die zweite Richtung kann einer Reduzierung des (Betrages des) Lenkmittelwinkels (bzw. des Radwinkels) entsprechen.
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Wie bereits oben dargelegt, kann die Steuereinheit eingerichtet sein, Lenkmitteldaten in Bezug auf den Lenkmittelwinkel des Lenkmittels zu ermitteln (z.B. mittels eines Lenkmittelsensors). Es kann dann in präziser Weise auf Basis der Lenkmitteldaten detektiert werden, dass durch den Fahrer des Fahrzeugs eine Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels bewirkt wurde.
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Des Weiteren ist die Steuereinheit eingerichtet, in Reaktion auf die detektierte Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels, den Lenkaktuator zu veranlassen, (in Synchronisation mit der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels) eine Lenkrichtungs-Umkehr des Rades zu bewirken, auch dann, wenn sich im Vorfeld zu und/oder am Zeitpunkt der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels ein Versatz zwischen dem Soll-Radwinkel, der dem durch den Fahrer bewirkten Lenkmittelwinkel entspricht, und dem durch den Lenkaktuator eingestellten Ist-Radwinkel aufgebaut hat.
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Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, nach der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels (und/oder in Synchronisation mit der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels) den Lenkaktuator zu veranlassen, den Radwinkel in die zweite Richtung zu verändern, auch dann, wenn der Radwinkel in die erste Richtung verändert werden müsste, um möglichst schnell den Versatz zwischen dem durch den Lenkmittelwinkel angezeigten Soll-Radwinkel und dem durch den Lenkaktuator bewirkten Ist-Radwinkel abzubauen.
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Die Steuereinheit kann somit eingerichtet sein, den Abbau eines Versatzes zwischen dem Soll-Radwinkel und dem Ist-Radwinkel zumindest teilweise zurückzustellen und/oder das Ausmaß des Abbaus des Versatzes zumindest teilweise zu reduzieren, um (bevorzugt synchron) mit der von einem Fahrer vorgegebenen Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels auch die Richtung zu ändern, in der der Radwinkel verändert wird. So können der Komfort und die Nachvollziehbarkeit für einen Fahrer des Fahrzeugs erhöht werden. Insbesondere kann so bewirkt werden, dass der Radwinkel und der Lenkmittelwinkel (stets) in der gleichen Richtung verändert werden (d.h. synchron zueinander vergrößert bzw. verkleinert werden). Es kann somit auch bei einer Steer-by-Wire Lenkung ein konsistentes Lenkverhalten bereitgestellt werden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, den Lenkaktuator derart in Abhängigkeit von Lenkmitteldaten in Bezug auf den Lenkmittelwinkel zu betreiben, dass der Versatz zwischen dem Soll-Radwinkel und dem Ist-Radwinkel bei und/oder mit Erreichen der Referenzstellung, insbesondere der Null- und/oder Geradeaus-Stellung, des Lenkmittels (bzw. des Rades) abgebaut ist. Der Abbau des Versatzes kann somit derart erfolgen, dass der Versatz spätestens mit Erreichen der Referenzstellung abgebaut ist (so dass in der Referenzstellung (stets) der Soll-Radwinkel mit dem Ist-Radwinkel übereinstimmt). So können der Komfort und die Nachvollziehbarkeit der Lenkung weiter erhöht werden.
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Wie bereits oben dargelegt, können der Radwinkel und der Lenkmittelwinkel derart definiert sein, dass der Radwinkel und der Lenkmittelwinkel jeweils betraglich ansteigen, wenn das Rad bzw. das Lenkmittel von der Referenzstellung, insbesondere der Geradeaus- oder Nullstellung, weggedreht bzw. wegbewegt werden.
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Der Versatz kann derart sein, dass der Soll-Radwinkel betraglich größer ist als der von den Lenkaktuator bewirkte Ist-Radwinkel. Folglich sollte zur Reduzierung des Versatzes der Ist-Radwinkel erhöht werden. Die Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels kann dazu führen, dass infolge der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels der Betrag des Soll-Radwinkels des Rades reduziert wird. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, in Reaktion auf die Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels zu bewirken, dass auch der Betrag des von dem Lenkaktuator bewirkten Ist-Radwinkels reduziert wird. Es kann somit eine konsistente Änderung des Ist-Radwinkels mit der Änderung des Lenkmittelwinkels bewirkt werden (auch dann, wenn dadurch der Abbau des Versatzes verlangsamt wird).
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Die Steuereinheit kann eingerichtet, in Reaktion auf die Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels den Lenkaktuator zu veranlassen, den Betrag des Radwinkels langsamer und/oder mit einem kleineren Gradienten zu reduzieren, als den durch den Lenkmittelwinkel angezeigten Betrag des Soll-Radwinkels. Die Änderung des Soll-Radwinkels kann somit ggf. nur teilweise in eine Änderung des Ist-Radwinkels umgesetzt werden. Als Folge daraus kann der Versatz zumindest teilweise abgebaut werden. So kann die Konsistenz der Lenkung weiter verbessert werden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, in Reaktion auf die Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels Lenkmitteldaten in Bezug auf die Änderung (insbesondere in Bezug auf den Gardienten und/oder das Ausmaß der Änderung) des Lenkmittelwinkels zu ermitteln. Ferner kann die Steuereinheit eingerichtet sein, in Abhängigkeit von den Lenkmitteldaten den Lenkaktuator zu veranlassen, den Radwinkel in die gleiche Richtung wie den Lenkmittelwinkel aber bevorzugt in einem geringeren Ausmaß und/oder mit einem geringeren Gradienten zu verändern. Als Folge daraus kann der Versatz zumindest teilweise abgebaut werden. So kann die Konsistenz der Lenkung weiter verbessert werden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, an dem Zeitpunkt der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels einen Wert des Versatzes zu ermitteln. Ferner kann auf Basis des Wertes des Versatzes einen Proportionalitätsfaktor ermittelt werden. Der Proportionalitätsfaktor kann dazu verwendet werden, eine Änderung des Lenkmittelwinkels (und somit des Soll-Radwinkels) in eine umzusetzende Änderung des Ist-Radwinkels umzurechnen (und zwar derart, dass der Versatz zwischen Soll-Radwinkel und Ist-Radwinkel bei der Referenzstellung Null ist). Der Lenkaktuator kann somit veranlasst werden, den Radwinkel unter Berücksichtigung des Proportionalitätsfaktors und in Abhängigkeit von der Änderung des Lenkmittelwinkels zu verändern. Als Folge daraus kann der Versatz nach-und-nach (in linearer Weise) abgebaut werden (bis zum Erreichen der Referenzstellung). So kann die Konsistenz der Lenkung weiter verbessert werden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, den Proportionalitätsfaktor an zumindest einem nachfolgenden Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt der Lenkrichtungs-Umkehr erneut zu berechnen. Mit anderen Worten, der Proportionalitätsfaktor kann nach dem Zeitpunkt der Lenkrichtungs-Umkehr aktualisiert und/oder angepasst werden. Insbesondere kann der Proportionalitätsfaktor an einer Sequenz von (nachfolgenden) Zeitpunkten und/oder fortlaufend aktualisiert werden.
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Der aktualisierte Proportionalitätsfaktor kann auf Basis des Wertes des Versatzes und/oder des Wertes des Ist-Radwinkels bzw. des Soll-Radwinkels berechnet werden, die an dem jeweiligen Zeitpunkt vorliegen. Insbesondere kann der Proportionalitätsfaktor derart berechnet werden, dass der an dem jeweiligen Zeitpunkt vorliegende Wert des Versatzes (ggf. gleichmäßig) auf den Wert des Ist-Radwinkels bzw. des Soll-Radwinkels aufgeteilt wird, der an dem jeweiligen Zeitpunkt vorliegt. Alternativ oder ergänzend kann je nach Bedarf eine Erhöhung oder eine Reduzierung des Proportionalitätsfaktors bewirkt werden. Durch eine Aktualisierung des Proportionalitätsfaktors kann der Zeitpunkt der Synchronisation des Ist-Radwinkels mit dem Soll-Radwinkel je nach Bedarf verschoben (z.B. vorgezogen oder nachgelagert) werden.
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Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, an einer Sequenz von Zeitpunkten nach dem Zeitpunkt der Lenkrichtungs-Umkehr, einen jeweils aktuellen Wert der Änderung des Lenkmittelwinkels zu ermitteln, sowie einen jeweils aktuellen Wert des Versatzes zu ermitteln. Der Proportionalitätsfaktor kann dann an dem jeweiligen Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Wert des Versatzes aktualisiert werden. Ferner kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den Lenkaktuator an dem jeweiligen Zeitpunkt zu veranlassen, den Radwinkel in Abhängigkeit von dem jeweils aktualisierten Proportionalitätsfaktor und dem jeweiligen Wert der Änderung des Lenkmittelwinkels zu verändern.
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Des Weiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, an der Sequenz von Zeitpunkten jeweils eine Zeitdauer seit dem Zeitpunkt der Lenkrichtungs-Umkehr zu ermitteln. Mit anderen Worten, es kann ermittelt werden, wieviel Zeit seit der Lenkrichtungs-Umkehr vergangen ist. Mit noch anderen Worten, es kann ermittelt werden, wie lange der Versatz zwischen dem Ist-Radwinkel und dem Soll-Radwinkel bereits besteht (gemessen seit dem Zeitpunkt der Lenkrichtungs-Umkehr).
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Der Proportionalitätsfaktor kann dann in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Zeitdauer aktualisiert werden. Dabei kann der Proportionalitätsfaktor bevorzugt mit steigender Zeitdauer erhöht werden. Insbesondere kann der Proportionalitätsfaktor derart aktualisiert werden, dass mit steigender Zeitdauer (bei gleichbleibendem Wert der Änderung des Lenkmittelwinkels) das Ausmaß der Reduzierung des Versatzes steigt. So kann die Konsistenz der Lenkung weiter verbessert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein, bevorzugt mehrspuriges, (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit und/oder das in diesem Dokument beschriebene Lenksystem umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung eines Lenksystems eines Fahrzeugs beschrieben. Das Lenksystem umfasst ein Lenkmittel, das von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigt werden kann, um einen Lenkmittelwinkel einzustellen. Des Weiteren umfasst das Lenksystem einen Lenkaktuator, der eingerichtet ist, einen Radwinkel eines Rades des Fahrzeugs zur Lenkung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von Lenkmitteldaten in Bezug auf den Lenkmittelwinkel einzustellen.
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Das Verfahren umfasst das Detektieren, dass durch den Fahrer des Fahrzeugs eine Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels bewirkt wurde. Des Weiteren umfasst das Verfahren, in Reaktion darauf, das Bewirken einer Lenkrichtungs-Umkehr des Rades, auch dann, wenn sich im Vorfeld zu der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels ein Versatz zwischen einem Soll-Radwinkel, der dem durch den Fahrer bewirkten Lenkmittelwinkel entspricht, und dem durch den Lenkaktuator eingestellten Ist-Radwinkel aufgebaut hat.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können j egliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 beispielhafte Komponenten eines Lenksystems eines Fahrzeugs;
- 2 eine beispielhafte Fahrsituation;
- 3a und 3b beispielhafte zeitliche Verläufe des Lenkmittelwinkels des Lenkmittels und des Radwinkels eines Rades eines Fahrzeugs; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Berücksichtigung eines Lenk-Versatzes bei der Lenkung eines Fahrzeugs.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Lenkung eines Fahrzeugs. Insbesondere befasst sich das vorliegende Dokument mit der technischen Aufgabe, den Komfort eines Lenksystems, das eine mechanische Entkopplung zwischen einem Lenkmittel und einem gelenkten Rad aufweist, zu erhöhen.
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1 zeigt beispielhafte Komponenten eines Lenksystems eines Fahrzeugs 100. Das Lenksystem umfasst ein Lenkmittel 110, insbesondere ein Lenkrad, das von einem Fahrer des Fahrzeugs 100 um eine Achse gedreht werden kann, um eine Lenkvorgabe zu bewirken. Die Lenkvorgabe kann durch den Lenkmittelwinkel 111 des Lenkmittels 110 angezeigt werden. Die Lenkvorgabe, insbesondere der Lenkmittelwinkel 111, können durch einen Lenkmittelsensor 112 sensorisch erfasst werden.
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Des Weiteren umfasst das Lenksystem zumindest einen Lenkaktuator 123 (z.B. eine elektronische Lenkung und/oder einen elektrischen Motor), der eingerichtet ist, ein oder mehrere Räder 120 des Fahrzeugs 100 zu lenken. Insbesondere kann durch den Lenkaktuator 123 ein Radwinkel 121 zumindest eines Rades 120 des Fahrzeugs 100 verändert und/oder eingestellt werden. Der Radwinkel 121 des Fahrzeugs 100 kann von einem Radwinkelsensor 122 sensorisch erfasst werden.
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Der Lenkaktuator 123 kann eingerichtet sein, auf eine Zahnstange einzuwirken, an der ein oder mehrere Räder 120 des Fahrzeugs 100 angebunden sind.
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Eine Steuereinheit 101 des Fahrzeugs 100 und/oder des Lenksystems kann eingerichtet sein, die Lenkvorgabe, insbesondere den Linkmittelwinkel 111, zu erfassen (als Lenkmitteldaten anhand des Lenkmittelsensors 112). Des Weiteren kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, die ein oder mehreren Lenkaktuatoren 123 zu veranlassen, die ein oder mehreren Räder 120 des Fahrzeugs 100 gemäß der Lenkvorgabe und/oder auf Basis der Lenkmitteldaten zu lenken. So kann eine Lenkung der ein oder mehreren Räder 120 ohne mechanische Kupplung zwischen dem Lenkmittel 110 und den ein oder mehreren Rädern 120 bewirkt werden.
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Ein Lenkaktuator 123 weist typischerweise eine begrenzte Leistung auf. Insbesondere kann ggf. die Geschwindigkeit, mit der der Radwinkel 121 geändert werden kann, begrenzt sein. Als Folge daraus kann es zu einem Versatz zwischen der (am Lenkmittel 110 bewirkten) Lenkvorgabe bzw. dem Lenkmittelwinkel 111 und dem (am Rad 120 bewirkten) Radwinkel 121 kommen. Dabei wird durch den Lenkmittelwinkel 111 ein entsprechender Soll-Radwinkel vorgegeben. Der von dem Lenkaktuator 123 eingestellte Ist-Radwinkel kann von dem Soll-Radwinkel abweichen. Die Differenz zwischen dem Soll-Radwinkel und dem Ist-Radwinkel kann dem Versatz entsprechen.
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2 zeigt eine beispielhafte Fahrsituation, bei der es zu einem Versatz zwischen dem Lenkmittelwinkel 111 (d.h. dem Soll-Radwinkel) und dem (Ist-) Radwinkel 121 kommen kann. Insbesondere zeigt 2 einen beispielhaften Spurwechsel eines Fahrzeugs 100. Um einen Spurwechsel des Fahrzeugs 100 zu bewirken, kann der Fahrer des Fahrzeugs 100 das Lenkmittel 110 zwischen den Zeitpunkten 201 und 202 in eine erste Richtung drehen, um den Lenkmittelwinkel 111 (insbesondere betraglich) zu erhöhen. Der Radwinkel 121 wird daraufhin von dem Lenkaktuator 123 ebenfalls in die erste Richtung erhöht. Dabei kann es jedoch aufgrund einer Leistungsbeschränkung des Lenkaktuators 123 dazu kommen, dass der Radwinkel 121 nicht ausreichend schnell dem Lenkmittelwinkel 111 (d.h. dem entsprechenden Soll-Radwinkel) folgen kann und sich somit ein Versatz, d.h. eine Differenz, zwischen Lenkmittelwinkel 111 (d.h. dem entsprechenden Soll-Radwinkel) und dem (Ist-) Radwinkel 121 ergibt.
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Ab dem Zeitpunkt 202 reduziert der Fahrer des Fahrzeugs 100 den Lenkmittelwinkel 111 wieder, und reduziert den Lenkmittelwinkel 111 wieder zurück auf die Geradausstellung bzw. auf Null (am Zeitpunkt 203). Es kann somit am Zeitpunkt 202 zu einer Umkehr der Lenkrichtung kommen, d.h. das Lenkmittel 110 kann ab dem Zeitpunkt 202 in die (zu der ersten Richtung entgegengesetzten) zweiten Richtung gedreht werden.
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Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, den Lenkaktuator 123 derart zu betreiben, dass der Versatz zwischen dem Lenkmittelwinkel 111 und dem Radwinkel 121 möglichst schnell abgebaut wird. Als Folge daraus kann es (an oder ab dem Zeitpunkt 202) zu einer Situation kommen, bei der der Fahrer bereits eine Umkehr der Lenkrichtung vorgenommen hat (und das Lenkmittel 110 in die zweite Richtung dreht), der Lenkaktuator 123 jedoch noch keine Umkehr der Richtung vorgenommen hat (und ggf. zum Abbau des Versatzes das Rad 120 weiterhin in die erste Richtung lenkt). Ein derartiger Widerspruch zwischen der Lenkrichtung des Lenkmittels 110 und der Lenkrichtung eines Rades 120 kann von dem Fahrer des Fahrzeugs 100 als nicht nachvollziehbar und/oder als unkomfortabel empfunden werden.
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3a veranschaulicht beispielhaft den Wert 300 des Lenkmittelwinkels 111 (zeitlicher Verlauf 311) bzw. des Radwinkels 121 (zeitlicher Verlauf 321) als Funktion der Zeit für eine Situation, bei der eine Umkehr der Lenkrichtung des Lenkmittels 110 nicht direkt in eine Umkehr der Lenkrichtung eines Rades 120 eines Fahrzeugs 100 umgesetzt wird. Insbesondere zeigt 3a, wie sich ein Versatz 301 zwischen dem Lenkmittelwinkel 111 (d.h. dem entsprechenden Soll-Radwinkel) und dem (Ist.) Radwinkel 121 aufbauen kann. An dem Zeitpunkt 202 erfolgt eine Umkehr der Bewegungsrichtung des Lenkmittels 110, und somit eine Reduzierung des Lenkmittelwinkels 111.
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In dem in 3a dargestellten Beispiel bleibt der Radwinkel 121 unverändert, bis der Versatz 301 am Zeitpunkt 302 abgebaut wurde. Erst ab diesem Zeitpunkt 302 folgt die Richtung der Änderung des Radwinkels 121 wieder der Richtung der Änderung des Lenkmittelwinkels 111. Der Zeitraum zwischen den Zeitpunkten 202 (Umkehr der Lenkrichtung des Lenkmittels 110) und dem Zeitpunkt 302 (Abbau des Versatzes 301 und Umkehr der Lenkrichtung des Rades 120) kann von einem Fahrer des Fahrzeugs 100 als unkomfortabel empfunden werden, da der Fahrer spürt, dass die von ihm vorgegebene Umkehr der Lenkrichtung des Lenkmittels 110 nicht zu einer entsprechenden Umkehr der Lenkrichtung der ein oder mehreren Räder 120 führt.
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Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, auch bei Vorliegen eines Versatzes 301 zwischen dem Lenkmittelwinkel 111 und dem Radwinkel 121 bei einer Umkehr der Lenkrichtung des Lenkmittels 110 eine entsprechende Umkehr der Lenkrichtung des Radwinkels 121 zu bewirken. Mit anderen Worten, die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, eine Lenkrichtungs-Umkehr an dem Lenkmittel 110 konsistent in eine Lenkrichtungs-Umkehr des Radwinkels 121 umzusetzen (auch dann, wenn ein Versatz 301 vorliegt). Der Fahrer eines Fahrzeugs 100 ist typischerweise relativ sensibel in Bezug auf eine Lenkrichtungs-Umkehr. Durch das konsistente Bewirken der Lenkrichtungs-Umkehr des Rades 120 infolge einer Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels 110 kann der Komfort für den Fahrer eines Fahrzeugs 100 erhöht werden.
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Dabei können der Gradient und/oder das Ausmaß der in der Folge auf eine Lenkrichtungs-Umkehr bewirkten Änderung des jeweiligen Winkels 111, 121 voneinander abweichen. Insbesondere kann die Änderung des Radwinkels 121 einen (betraglich) kleineren Gradienten und/oder ein (betraglich) kleineres Ausmaß aufweisen, als die von dem Fahrer bewirkte Änderung des Lenkmittelwinkels 111. So kann der Versatz 301 zumindest teilweise abgebaut werden. Insbesondere kann der Versatz 301 dabei derart anteilig abgebaut werden, dass der Versatz 301 (spätestens oder genau) bei Erreichen der Geradeaus- bzw. Null-Stellung des Lenkmittels 110 Null ist.
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3b zeigt beispielhafte zeitliche Verläufe 311, 321 des Lenkmittelwinkels 111 bzw. des Radwinkels 121. Aus 3b kann entnommen werden, dass in Reaktion auf die Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels 110 am Zeitpunkt 202 nicht nur der Lenkmittelwinkel 111 (betraglich) reduziert wird, sondern (anteilig) auch der Radwinkel 121. Dabei kann die Änderung des Radwinkels 121 derart erfolgen, dass der Versatz 301 mit Erreichen der Null-Stellung abgebaut ist. Beispielsweise kann am Zeitpunkt 202 der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels 110 ein Proportionalitätsfaktor (größer als Null und maximal Eins) ermittelt werden, der z.B. von dem Versatz 301 am Zeitpunkt 202 abhängt. Die am Lenkmittel 110 bewirkte Änderung des Lenkmittelwinkels 111 kann dann mit dem Proportionalitätsfaktor multipliziert werden, um die von dem Lenkaktuator 123 zu bewirkende, entsprechende, Änderung des Radwinkels 121 zu ermitteln. So kann nach-und-nach (in linearer Weise) der Versatz 301 abgebaut werden, bis der Versatz 301 bei Erreichen der Nullstellung bzw. der Referenzstellung Null ist. Alternativ kann der Abbau des Versatzes 301 zwischen dem Zeitpunkt 202 der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels 110 und der Referenzstellung auf nichtlineare Weise erfolgen.
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Bei dem Abbau eines Versatzes 301 zwischen Lenkmittelwinkel 111 und Radwinkel 121 kann somit der durch die Änderung, insbesondere durch die Umkehr des Vorzeichens der Änderung, des Lenkmittelwinkels 111 angezeigte Fahrerwunsch priorisiert werden. Insbesondere kann bei einer Umkehr der Lenkrichtung durch den Fahrer auch die Bewegungsrichtung der Zahnstange der Lenkung (und damit die Lenkrichtung der ein oder mehreren Räder 120) geändert bzw. umkehrt werden, unabhängig von der Größe der Abweichung 301 zwischen der Zahnstangensollposition (angezeigt von dem Lenkmittelwinkel 111) und der Zahnstangenistposition (d.h. dem Radwinkel 121). Die Nullstellung des Lenkmittels 110 kann dabei als Referenzpunkt dienen, zu welchem die Abweichung 301 stets abgebaut wird.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Steuerung eines Lenksystems eines (Kraft-) Fahrzeugs 100. Das Verfahren 400 kann durch eine Steuereinheit 101 des Fahrzeugs 100 ausgeführt werden. Das Lenksystem kann ein Steer-By-Wire Lenksystem sein.
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Das Lenksystem umfasst ein Lenkmittel 110 (insbesondere ein Lenkrad), das von einem Fahrer des Fahrzeugs 100 betätigt werden kann, um als Lenkvorgabe einen Lenkmittelwinkel 111 einzustellen. Der Lenkmittelwinkel 111 kann dabei relativ zu einer Referenzstellung, insbesondere relativ zu einer Nullstellung bzw. zu einer Geradausstellung, definiert sein.
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Ferner umfasst das Lenksystem einen Lenkaktuator 123, der eingerichtet ist, einen Radwinkel 121 zumindest eines Rades 120 des Fahrzeugs 100 zur Lenkung des Fahrzeugs 100 in Abhängigkeit von Lenkmitteldaten in Bezug auf den Lenkmittelwinkel 111 einzustellen. Die Lenkmitteldaten können z.B. durch einen Lenkmittelsensor 112 des Lenkmittels 110 erfasst werden. Der Lenkaktuator 123 kann zumindest einen Elektromotor umfassen, um das zumindest eine Rad 120 zu lenken. Dabei kann der Lenkaktuator 123 auf die Zahnstange einer Zahnstangenlenkung des Fahrzeugs 100 einwirken.
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Der von dem Lenkmittel 110 eingestellte Lenkmittelwinkel 111 entspricht typischerweise einem Soll-Radwinkel. Der Lenkaktuator 123 kann derart angesteuert werden, dass der von dem Lenkaktuator 123 eingestellte Ist-Radwinkel 121 dem Soll-Radwinkel entspricht. Es kann jedoch bei relativ hohen zeitlichen Gradienten von Änderungen des Lenkmittelwinkels 111 (z.B. aufgrund von Leistungsbegrenzungen des Lenkaktuators 123) dazu kommen, dass der tatsächlich eingestellte Ist-Radwinkel 121 nicht dem Soll-Radwinkel entspricht (insbesondere betraglich kleiner als der Soll-Radwinkel ist). Es kann sich somit ein Versatz 301 zwischen dem Ist-Radwinkel 121 und dem Soll-Radwinkel einstellen.
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Das Verfahren 400 umfasst das Detektieren 401, dass durch den Fahrer des Fahrzeugs 100 eine Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels 110 bewirkt wurde. Insbesondere kann detektiert werden, dass die Bewegung, insbesondere die Drehung, des Lenkmittels 110 von einer ersten Richtung in die entgegengesetzte zweite Richtung umgekehrt wurde (insbesondere um den Lenkmittelwinkel 111 betraglich wieder zu reduzieren). Am Zeitpunkt 202 der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels 110 kann der Lenkmittelwinkel 111 ein (lokales) Maximum aufweisen.
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Ferner umfasst das Verfahren 400, in Reaktion auf das Detektieren 401 einer Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels 110, das Bewirken 402 einer Lenkrichtungs-Umkehr des Rades 120, auch dann, wenn sich im Vorfeld zu der Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels 110 ein Versatz 301 zwischen dem Soll-Radwinkel und dem durch den Lenkaktuator 123 eingestellten Ist-Radwinkel 121 aufgebaut hat.
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Das Verfahren 400 kann somit ausgebildet sein, die Umsetzung einer Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels 110 gegenüber dem Abbau eines Versatzes 301 zwischen Soll-Radwinkel und Ist-Radwinkel 121 zu priorisieren. Insbesondere kann der Abbau eines Versatzes 301 zwischen Soll-Radwinkel und Ist-Radwinkel 121 zumindest teilweise verlangsamt und/oder reduziert werden, um die Lenkrichtungs-Umkehr des Lenkmittels 110 für den Fahrer des Fahrzeugs 100 spürbar als Lenkrichtungs-Umkehr des zumindest einen Rades 120 umzusetzen.
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Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann ein harmonisches Fahrverhalten eines Fahrzeugs 100 bewirkt werden. Insbesondere kann ein direktes und/oder phasengetreues Lenkverhalten des Lenksystems eines Fahrzeugs 100 bewirkt werden (auch bei mechanisch entkoppelten Lenksystemen). Des Weiteren kann die von einem Fahrer initiierte Lenkbewegung in konsistenter Weise in eine Fahrzeugreaktion umgesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
