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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zumindest teilweisen Kompensation einer Drehschwingung bei einem Lenksystem eines Fahrzeuges. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Lenkhilfesystem zur zumindest teilweisen Kompensation einer Drehschwingung bei einem Lenksystem eines Fahrzeuges.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren bekannt, bei denen Störwirkungen auf ein Lenksystem eines Fahrzeuges kompensiert werden. Hierzu werden die Störwirkungen durch die Erfassung dafür spezifischer Störgrößen erkannt und ggf. quantifiziert. Die Störwirkungen sind z. B. Lenkraddrehschwingungen, die in Abhängigkeit von fahrzeugspezifischen Eigenschaften, wie den Eigenfrequenzen oder schwingenden Massen, z. B. durch Fahrbahnunebenheiten angeregt werden. Wird das System angeregt, besteht die Möglichkeit, dass es sich „aufschaukelt“, d. h. in der Schwingungsamplitude erhöht oder auch die Frequenz der Schwingung ändert.
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In der
DE 10 2008 036 001 A1 ist ein Verfahren offenbart, bei welchem eine Störwirkung auf ein Lenksystem abgeschätzt wird. Damit wird die Wirkung aus einer Störursache ermittelt, nicht jedoch die Störursache selbst.
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Die
DE 10 2009 028 448 A1 und
WO 2019 / 001 787 A1 beschreiben Verfahren zur teilweisen Kompensation einer Drehschwingung bei einem Lenksystem, wobei eine Störgröße erfasst und eine Kompensation initiiert wird. Auch ist ein Lenkhilfesystem zur teilweisen Kompensation einer Drehschwingung offenbart mit einer Erfassungsanordnung zum Erfassen einer Störgröße und einer Initiierungsanordnung zum Initiieren der Kompensation.
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Dabei ist ein Nachteil herkömmlicher Lösungen, dass die Kompensation der Störwirkung oft noch unzureichend und/oder mit hohem technischen Aufwand erfolgen kann. Insbesondere erfolgt die Kompensation nur mit reduzierter Zuverlässigkeit und/oder Geschwindigkeit.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe, eine zuverlässigere Kompensation der Drehschwingungen durchzuführen.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren des Anspruchs 1 und durch ein Lenkhilfesystem des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen. Dabei gelten Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lenkhilfesystem, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur zumindest teilweisen Kompensation und/oder Reduzierung einer Störwirkung, insbesondere einer Drehschwingung, bei einem Lenksystem eines Fahrzeuges. Diese Störwirkung kann dabei konkret auf eine Lenkhandhabe, wie ein Lenkrad, des Lenksystems wirken, und somit das Lenken des Fahrzeuges beeinträchtigen. Die Drehschwingung kann z. B. als eine wiederholt auftretende Ausübung eines Drehmoments auf die Lenkhandhabe verstanden werden.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden, bevorzugt nacheinander oder in einer beliebigen Reihenfolge, wobei einzelne Schritte auch wiederholt werden können:
- - Erfassen wenigstens einer Störgröße, welche für eine Störursache der Störwirkung (insbesondere Drehschwingung) spezifisch ist, wobei die Störursache in der Art einer Verdrehung des Fahrzeuges ausgeführt sein kann,
- - Durchführen einer Auswertung der erfassten Störgröße, um die Störursache (insbesondere dynamisch während der Fahrt) zu detektieren, insbesondere durch eine Analyse der erfassten Störgröße und/oder einen Vergleich der erfassten Störgröße mit einer Vorlage,
- - Initiieren der Kompensation in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Auswertung, z. B. von der Analyse oder des Vergleichs und/oder wenn die Störursache detektiert wird.
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Die voranstehenden Verfahrensschritte ermöglichen es, dass der Fahrkomfort gesteigert und ggf. die Fahrsicherheit erhöht wird. Insbesondere kann durch die Detektion einer Verdrehung des Fahrzeuges als Störursache der Störwirkung, wie der Drehschwingung und die Verwendung wenigstens einer entsprechenden Störgröße, eine zuverlässigere und/oder schnellere Kompensation bereitgestellt werden. Somit ist es möglich, durch das Detektieren der Störursache in der Art einer elastokinematischen Änderung des Fahrzeuges, die Störwirkung dieser Störursache in besonders zuverlässiger Weise zu kompensieren. Die Verdrehung des Fahrzeuges kann bspw. als eine Vorderwagentorsion und/oder eine Verdrehung der Karosserie des Fahrzeuges um die Fahrzeuglängsrichtung ausgeführt sein. Die Verdrehung kann vorzugsweise während der Fahrt variieren.
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Die Erfindung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, dass die Störwirkungen - wie die Drehschwingung, insbesondere Lenkraddrehschwingung, auch durch eine elastokinematische Änderung des Fahrzeuges hervorgerufen werden kann. Verdreht sich z. B. der Vorderwagen (im zulässigen und notwendigen Rahmen) kann es hier bei Beibehaltung der Räderausrichtung zu einer Änderung des Lenkradwinkels kommen. Schwingt der Vorderwagen nun in seiner Bewegung hin und her, so kann dies ebenfalls die Drehschwingungen, insbesondere Lenkraddrehschwingungen, hervorrufen. Damit kann die elastokinematische Änderung als eine Anregung aufgefasst werden, welche zu der Drehschwingung führt. Diese Ursache für die Störwirkung (d. h. die Störursache) wird bei herkömmlichen Lösungen nicht berücksichtigt, was zu einer unzureichenden oder langsameren Reduzierung der Störwirkung führen kann. Die elastokinematische Änderung umfasst z. B. eine Karosseriedeformation, wie eine Fahrzeugverdrehung, insbesondere während eines Betriebs des Fahrzeuges (also im fahrenden Zustand).
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Die Detektion der Anregung, die zu einer Drehschwingung führt, kann durch das Erfassen von wenigstens einer dafür spezifischen Störgröße erfolgen. Hierzu kann bspw. wenigstens einer der nachfolgenden Schritte vorgesehen sein:
- - Überwachung und Verwendung der Raddrehzahlen und im Speziellen die überlagerten Frequenzen aus der Anregung,
- - Überwachung und Verwendung von weiteren kinematischen Größen aus anderer Sensorik, wie Beschleunigungssensoren, und dergleichen,
- - Abgleich der Werte zueinander,
- - Erkennung einer Lenkraddrehschwingung.
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Die Kompensation kann z. B. durch ein Reduzieren der Unterstützungsleistung für die Lenkung erfolgen. Auch ist zur Kompensation eine dynamische Regelung entgegen der überlagerten Drehschwingung denkbar, um diese Schwingung zu reduzieren. Bei „steer-by-wire“-Systemen kann zudem eine komplette Ausblendung dieser Drehschwingung durch die Kompensation erfolgen.
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Die Störwirkung kann konkret ein Auftreten von Drehschwingungen an der Lenkhandhabe betreffen, wobei ggf. weitere Störungen denkbar sind. Die Störursache für die Störwirkung sind z. B. Ungleichförmigkeiten in den Rädern des Fahrzeuges, ein Verdrehen des Fahrzeuges, Unwuchten, unterschiedliche Steifigkeiten des Reifenmaterials, welche jeweils ein Störmoment erzeugen können, das auf die Lenkhandhabe, insbesondere das Lenkrad übertragen wird und dort zu den Drehschwingungen führt. Eine weitere Störursache sind die beschriebenen elastokinematischen Änderungen des Fahrzeuges. Entsprechend dafür spezifische Störgrößen können ein Lenkmoment zum Lenken des Fahrzeuges, eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges, die Geschwindigkeiten von Rädern des Fahrzeuges, oder auch eine Frequenzermittlung einer dieser Größen sein. Zur Kompensation kann ein Gegenmoment erzeugt werden, insbesondere auf die Lenkhandhabe (Lenkrad), welchen der Störwirkung entgegenwirkt.
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Vorteilhaft ist es zudem, wenn das Fahrzeug als ein Kraftfahrzeug, insbesondere gleisloses Landkraftfahrzeug, ausgebildet ist. So kann das Fahrzeug z. B. als ein Hybridfahrzeug, das eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine zur Traktion umfasst, oder als ein (reines) Elektrofahrzeug ausgebildet sein. Vorzugsweise kann das Fahrzeug mit einem Hochvolt-Bordnetz und/oder einem Elektromotor ausgeführt sein. Auch kann das Fahrzeug als ein Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildet sein. Es kann sich weiter bei dem Fahrzeug um ein Personenkraftfahrzeug oder Lastkraftfahrzeug handeln. Bevorzugt ist bei Ausführungsformen von Elektrofahrzeugen kein Verbrennungsmotor beim Fahrzeug vorgesehen, es wird dann ausschließlich durch elektrische Energie angetrieben. Das Fahrzeug kann dadurch gelenkt werden, dass dieses ein Lenksystem mit einer Lenkhandhabe, insbesondere ein Lenkrad, umfasst. Auch kann eine Lenkunterstützung bei dem Lenksystem vorgesehen sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Initiieren der Kompensation den nachfolgenden Schritt umfasst:
- - Einstellen einer Lenkunterstützung für das Lenksystem in Abhängigkeit von der Auswertung, insbesondere Erhöhen oder Reduzieren einer Unterstützungsleistung der Lenkunterstützung.
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Für die Bereitstellung der Lenkunterstützung kann eine Unterstützungseinheit beim Fahrzeug vorgesehen sein, welche ein Unterstützungsmoment in das Lenkgetriebe einbringt und/oder auf die Lenkhandhabe ausübt. Auf diese Weise kann das manuelle Lenkmoment des Fahrers durch das Unterstützungsmoment unterstützt werden. Bspw. kann eine Reduzierung der Unterstützungsleistung somit zur Kompensation der Drehschwingung führen. Wenn durch die Auswertung bspw. eine bestimmte Frequenz festgestellt wird, mit welcher die Drehschwingung vorliegt, kann die Erhöhung oder Reduzierung ggf. mit der im Wesentlichen gleichen Frequenz ausgeübt werden. Zur Ermittlung dieser Frequenz kann bspw. ein Ermitteln dieser (überlagerten) Frequenz bei wenigstens einer der wenigstens einen erfassten Störgröße, insbesondere der Raddrehzahl, erfolgen. Anschließend kann diese ermittelte Frequenz zur Anpassung (Erhöhung oder Reduzierung) der Lenkunterstützung genutzt werden, um das Einstellen durchzuführen. Damit ist die Kompensation in einfacher und zuverlässiger Weise möglich.
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Es kann ferner möglich sein, dass das Initiieren der Kompensation den nachfolgenden Schritt umfasst:
- - Aufbringen einer kompensierenden Drehschwingung bei dem Lenksystem.
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Die kompensierende Drehschwingung kann hierbei der durch die Störursache verursachten Drehschwingung betragsmäßig entsprechen, jedoch dieser entgegengerichtet sein. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Kompensation erfolgen.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Durchführen der Auswertung den nachfolgenden Schritt umfasst:
- - Quantifizieren der Störursache, um das Ergebnis der Auswertung zu bestimmen, wobei insbesondere die Störursache in der Art einer elastokinematischen Änderung des Fahrzeugs ausgewertet wird.
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Das Quantifizieren kann dadurch erfolgen, dass die erfasste Störgröße bei der Auswertung mit wenigstens einer Vorlage verglichen wird. Diese wenigstens eine Vorlage umfasst z. B. Werte für die Störgröße, welche empirisch für ein bestimmtes Ausmaß der Störursache ermittelt wurden. Auf diese Weise können auch verschiedene Vorlagen für verschiedene Ausmaße bestimmt werden. Das Vergleichen kann dazu dienen, bei Übereinstimmung mit der Vorlage einen Rückschluss auf das Ausmaß der Störursache zu erhalten, welcher dann entsprechend das Ausmaß der Kompensation bestimmt.
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Optional ist es denkbar, dass das Erfassen der wenigstens einen Störgröße den nachfolgenden Schritt umfasst:
- - Erfassen zumindest einer kinematischen Größe durch eine Fahrzeugsensorik, um die Verdrehung des Fahrzeuges als Anregung der Drehschwingung zu erfassen.
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In anderen Worten kann die Verdrehung eine Anregung sein, welche die Drehschwingung hervorruft. Dies kann durch die Erfassung erkannt werden. Durch die Nutzung derartiger Störgrößen kann zudem zuverlässig die Verdrehung charakterisiert werden.
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Von weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Störgröße und insbesondere die zumindest eine kinematische Größe zumindest eine der nachfolgenden Größen umfasst:
- - eine Raddrehzahl für wenigstens ein Rad oder sämtliche Räder des Fahrzeuges,
- - eine Beschleunigung des Fahrzeuges,
- - eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges,
- - ein Lenkmoment bei einer Lenkhandhabe des Lenksystems,
- - ein elektrisches Lenksignal des Lenksystems.
Somit kann durch die genannten Größen, einzeln oder kombinativ, eine besonders zuverlässige Charakterisierung der Störursache durch die Auswertung erfolgen.
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Auch ist es optional denkbar, dass das Durchführen der Auswertung den nachfolgenden Schritt umfasst:
- - Ermitteln einer überlagerten Frequenz bei wenigstens einer der wenigstens einen erfassten Störgröße, insbesondere der Raddrehzahl, vorzugsweise durch eine Frequenzanalyse der erfassten Störgröße.
Somit kann eine Frequenz ermittelt werden, insbesondere mit welcher sich ein Störmoment der Störwirkung auf die Lenkhandhabe auswirkt. Dies ermöglicht es auch, diese Frequenz für die Kompensation zu nutzen, um eine zuverlässige Reduzierung der Störwirkung durchzuführen.
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In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass das Durchführen der Auswertung den nachfolgenden Schritt umfasst:
- - Vergleichen von verschiedenen der erfassten Störgrößen, insbesondere der zugehörigen Werte, um die Drehschwingung und/oder die Störursache zu erkennen.
In anderen Worten können die erfassten Störgrößen (bei mehreren unterschiedlichen Störgrößen) auch miteinander in Beziehung gesetzt werden, um die Störursache und/oder Störwirkung zu ermitteln.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Lenkhilfesystem für ein Lenksystem eines Fahrzeuges. Hierbei ist vorgesehen, dass das Lenkhilfesystem zur zumindest teilweisen Kompensation einer Störwirkung wie einer Drehschwingung bei dem Lenksystem dient. Das Lenkhilfesystem kann wenigstens eine der nachfolgenden Anordnungen aufweisen, bspw. als Teil eines Steuergeräts für das Fahrzeug:
- - eine Erfassungsanordnung zum Erfassen wenigstens einer Störgröße, welche für eine Störursache der Störwirkung (wie einer Drehschwingung) in der Art einer Verdrehung des Fahrzeuges spezifisch ist,
- - eine Verarbeitungsanordnung zum Durchführen einer Auswertung der erfassten Störgröße, um die Störursache zu detektieren,
- - eine Initiierungsanordnung zum Initiieren der Kompensation in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Auswertung.
Damit bringt das erfindungsgemäße Lenkhilfesystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Zudem kann das Lenkhilfesystem geeignet sein, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Weitere Vorteile, Eigenschaften und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenkhilfesystems.
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In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur zumindest teilweisen Kompensation einer Drehschwingung bei einem Lenksystem 1 eines Fahrzeuges 5 schematisch visualisiert. Die Drehschwingung kann sich dabei auf eine Lenkhandhabe 2 wie ein Lenkrad des Fahrzeuges 5 störend auswirken. Ein Fahrer nimmt die Drehschwingung bspw. als eine Bewegung der Lenkhandhabe 2 wahr, sodass es zu einer Ablenkung oder zumindest zu einer Beeinträchtigung des Fahrkomforts kommen kann. Ursächlich für die Drehschwingung können Störursachen wie Fahrbahnunebenheiten, Ungleichmäßigkeiten bei den Rädern und dergleichen sein. Nachfolgend soll insbesondere eine Verdrehung des Fahrzeuges 5 während des Fahrbetriebs als Störursache betrachtet werden. Diese Verdrehung kann während der Fahrt variieren, sodass diese Störursache nicht statisch ermittelbar ist. Erfindungsgemäß kann dagegen eine zuverlässige dynamische Detektion der Verdrehung ermöglicht werden.
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Gemäß einem ersten Verfahrensschritt 101 erfolgt hierzu ein Erfassen wenigstens einer Störgröße 20, welche für eine Störursache der Drehschwingung in der Art der Verdrehung des Fahrzeuges 5 spezifisch ist. In anderen Worten kann als Störursache die Verdrehung des Fahrzeuges 5 im Sinne einer Torsion bzw. elastischen Karosserieverformung vorliegen, welche durch die Störgrößen 20 ermittelbar ist. Die Störgröße 20 kann hierbei wertemäßig erfasst werden, sodass als Ergebnis der Erfassung solche Werte durch ein Signal oder Daten bereitgestellt sind. Die Erfassung kann auch eine Erfassung eines zeitlichen Verlaufs der Störgröße 20 umfassen, sodass als das Ergebnis eine Reihe von Werten zur Verfügung steht. Es ist möglich, dass als Störgröße 20 zumindest eine kinematische Größe erfasst wird, z. B. durch eine Fahrzeugsensorik 50, um die Verdrehung des Fahrzeuges 5 als Anregung der Drehschwingung zu erfassen.
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Anschließend kann gemäß einem zweiten Verfahrensschritt 102 ein Durchführen einer Auswertung 30 der erfassten Störgröße 20 vorgesehen sein, um die Störursache zu detektieren. Bspw. erfolgt hier ein wertemäßiger Vergleich der erfassten Störgrößen 20 mit einer Vorgabe, welche z. B. empirisch oder modellgestützt ermittelt wurde und das Vorliegen der Störursache indiziert. Auch kann der zeitliche Verlauf mit der Vorgabe verglichen werden. Es kann auch der Vergleich mit mehreren Vorgaben vorteilhaft sein, wenn die Vorgaben für unterschiedliche Ausmaße der Störursache ermittelt wurden. Auf diese Weise kann der Vergleich auch die Störursache quantifizieren. Das Durchführen der Auswertung 30 kann entsprechend ein Quantifizieren der Störursache umfassen, um das Ergebnis 31 der Auswertung 30 zu bestimmen.
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Die Störursache kann in der Art einer elastokinematischen Änderung des Fahrzeugs 5 vorliegen und ausgewertet werden. Gemäß einer weiteren Möglichkeit ist es vorgesehen, dass das Ermitteln einer überlagerten Frequenz bei wenigstens einer der wenigstens einen erfassten Störgröße 20, insbesondere der Raddrehzahl, vorzugsweise durch eine Frequenzanalyse der erfassten Störgröße 20 erfolgt. Die daraus ermittelte Frequenz kann die Störursache weiter charakterisieren und/oder die Frequenz der Drehschwingung für die Kompensation zur Verfügung stellen. Somit kann die ermittelte Frequenz Teil eines Ergebnisses 31 der Auswertung 30 sein.
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Gemäß einem dritten Verfahrensschritt 103 erfolgt ein Initiieren der Kompensation in Abhängigkeit von dem Ergebnis 31 der Auswertung 30. Wenn z. B. ein Ausmaß der Störursache ermittelt wurde oder einen Schwellenwert überschreitet, kann die Initiierung erfolgen. Auch kann die Initiierung der Kompensation mit einer Kompensationsstärke erfolgen, welche von dem ermittelten Ausmaß der Störursache abhängig ist.
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Es ist weiter denkbar, dass das Initiieren der Kompensation den weiteren Verfahrensschritt umfasst, dass ein Einstellen einer Lenkunterstützung 40 für das Lenksystem 1 in Abhängigkeit von der Auswertung 30 (insbesondere des Ergebnisses 31) erfolgt, vorzugsweise durch ein Erhöhen oder Reduzieren einer Unterstützungsleistung der Lenkunterstützung 40. Ferner kann das Initiieren der Kompensation den Schritt umfassen, dass ein Aufbringen einer kompensierenden Drehschwingung bei dem Lenksystem 1 erfolgt, insbesondere bei einer Lenkhandhabe 2 des Lenksystems 1.
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In 2 ist schematisch ein Lenkhilfesystem 10 für ein Lenksystem 1 eines Fahrzeuges 5 gezeigt, welches zur zumindest teilweisen Kompensation einer Drehschwingung bei dem Lenksystem 1 dient. Das Lenkhilfesystem 10 kann z. B. in der Form einer Elektronik des Fahrzeuges 5 vorgesehen sein, und mit einer Sensorik des Lenksystems 1 in Signalverbindung stehen. Das Lenkhilfesystem 10 umfasst eine Erfassungsanordnung 60 zum Erfassen wenigstens einer Störgröße 20, welche für eine Störursache der Drehschwingung - insbesondere in der Art einer Verdrehung des Fahrzeuges 5 - spezifisch ist. Des Weiteren ist eine Verarbeitungsanordnung 70 - wie ein Mikrocontroller oder dergleichen - zum Durchführen einer Auswertung 30 der erfassten Störgröße 20 vorgesehen, um die Störursache zu detektieren. Außerdem ist eine Initiierungsanordnung 80 zum Initiieren der Kompensation in Abhängigkeit von einem Ergebnis 31 der Auswertung 30 vorgesehen. Die Erfassungsanordnung 60 und/oder die Initiierungsanordnung 80 können dabei auch jeweils als Teil des Mikrocontrollers und/oder als elektronische Schnittstelle ausgeführt sein.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkhandhabe, Lenkrad
- 5
- Fahrzeug
- 10
- Lenkhilfesystem
- 20
- Störgröße
- 30
- Auswertung
- 31
- Ergebnis
- 40
- Lenkunterstützung
- 50
- Fahrzeugsensorik
- 60
- Erfassungsanordnung
- 70
- Verarbeitungsanordnung
- 80
- Initiierungsanordnung
- 101
- erster Verfahrensschritt
- 102
- zweiter Verfahrensschritt
- 103
- dritter Verfahrensschritt
