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Die Erfindung richtet sich auf das Einstellen eines Fahrzeuglenkwinkels per Steuerung bei einem Fahrzeuglenksystem unter Berücksichtigung von Dynamikgrößen. Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung zum Einstellen eines Fahrzeuglenkwinkels per Steuerung bei einem Fahrzeuglenksystem. Das Fahrzeuglenksystem kann ein Steer-by-Wire-System sein. Entsprechend kann der Fahrzeuglenkwinkel, der auch als Radlenkwinkel bezeichnet werden kann, vollständig oder zumindest teilweise von einem Aktor des Fahrzeuglenksystems eingestellt werden.
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Fahrzeuglenksysteme mit einem Aktor sind bekannt. Sie können nach Maßgabe von Fahrerlenkwünschen, wie sie zum Beispiel über eine Lenkhandhabe (Lenkrad) vorgegeben werden, Kräfte auf Fahrzeugräder oder hiermit gekoppelte mechanische Elemente (Zahnstange) aufbringen, um einen definierten Fahrzeuglenkwinkel einzustellen. Der Fahrerlenkwunsch kann zumindest teilweise ebenfalls entsprechende Kräfte ausüben (zum Beispiel durch eine mechanische Kopplung der Lenkhandhabe mit den Fahrzeugrädern). Es ist aber ebenso möglich, den Fahrerlenkwunsch und insbesondere die Lenkhandhabe vollständig mechanisch von den Fahrzeugrädern zu entkoppeln (Steer-by-Wire). Hintergründe zu entsprechenden Steer-by-Wire-Lenksystemen finden sich beispielsweise in der
DE 102014211 815 A1 .
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Zum Erfassen des Fahrerlenkwunsches kann die Lenkhandhabebetätigung und/oder ein vom Fahrer vorgegebener Lenkhandhabe- bzw. Lenkradwinkel sensorisch erfasst werden. Alternativ kann auch ein aufgebrachtes Lenkmoment erfasst werden. Üblicherweise wird bei bisherigen Lenksystemen einem erfassten Lenkradwinkel ein einzustellender Radlenkwinkel zugeordnet, wobei insbesondere bei Steer-by-Wire-Systemen zusätzlich oder alternativ eine Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt werden kann und eine Übersetzung des Lenkradwinkels in den Radlenkwinkel geschwindigkeitsabhängig eingestellt wird.
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Die Übersetzung eines Lenkwunsches in einen Radlenkwinkel bzw. in die resultierende Fahrzeuglenkung stellt aus Sicht des Fahrzeugfahrers eine wesentliche Eigenschaft eines Fahrzeugs dar und wird von diesem direkt wahrgenommen.
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Die
DE 10 2018 114 326 A1 offenbart eine Lösung, bei der auch bei auftretendem Verschleiß innerhalb des Lenksystems ein Lenkverhalten möglichst beibehalten werden kann. Hierzu wird geschwindigkeitsabhängig ein Zusammenhang zwischen einem Fahrerlenkwunsch und einer Querbeschleunigung aufgezeichnet und eine Lenkübersetzungskorrektur vorgenommen, um eine Differenz zwischen einer gewünschten und einer beobachteten Querbeschleunigung auszugleichen.
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Die
DE 10 2009 012 857 A1 offenbart eine Lenksteuervorrichtung mit Möglichkeit zum Erzeugen einer Stabilisierungskraft zum Unterstützen einer Betätigung eines Lenkbetätigungsteils entgegen einer Gierbewegungsrichtung des Fahrzeugs.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lenksystem für ein Fahrzeug dahingehend zu verbessern, dass aus Sicht des Fahrers ein angemessenes Fahrzeugverhalten in Reaktion auf Lenkwünsche vorliegt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Steuergerät mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es versteht sich, dass die einleitenden Bemerkungen und Merkmale auch bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein bzw. auf diese zutreffen können, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.
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Eine erste Erkenntnis der Erfindung liegt darin, dass man durch nicht nur geschwindigkeitsabhängiges Übersetzen des Lenkwunsches in einen Radlenkwinkel ein aus Sicht des Fahrers gewünschtes Fahrzeugverhalten gezielt einstellen kann. Stattdessen wird erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ zu einer geschwindigkeitsabhängigen Übersetzung eine Dynamikgröße des Fahrzeugs berücksichtigt und insbesondere eine Soll-Dynamikgröße. Genauer gesagt wird ein Fahrerlenkwunsch in eine entsprechende Soll-Dynamikgröße übersetzt und dann per Steuerung und durch Vorgabe eines Radlenkwinkels versucht, diese Soll-Dynamikgröße zu erreichen. Stellgröße ist dabei vorzugsweise der Fahrzeuglenkwinkel.
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Die Steuerung bietet dabei den Vorteil einer erhöhten Robustheit, insbesondere im Vergleich zu einer etwaigen Regelung des Fahrzeuglenkwinkels und/oder der betrachteten Dynamikgröße. Beispielsweise ist die Steuerung weniger anfällig für instabile Zustände und zeichnet sich durch weniger kritische oder auch gar keine Einschwingvorgänge aus. Die Steuerung kann allgemein schneller als eine Regelung arbeiten, da insbesondere anfänglich keine Regelabweichungen ermittelt und anschließend kompensiert werden müssen. Somit ergibt sich aus Sicht des Fahrers ein besonders direktes Lenkverhalten.
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Die Steuerung zeichnet sich zudem durch einen geringeren Signalverarbeitungs- und/oder Signalerfassungsaufwand aus, da zum Beispiel Ist-Größen, im Gegensatz zum Ermitteln von Regelabweichungen, weniger genau oder auch gar nicht erfasst und ermittelt werden müssen.
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Bei der Dynamikgröße kann es sich insbesondere um eine Gierrate oder eine Querbeschleunigung handeln. Hierdurch wird ermöglicht, dass der Fahrer in Reaktion auf seine Lenkvorgaben entsprechende Dynamiken des Fahrzeugs direkter beeinflussen kann. Insbesondere kann hierdurch das Fahrzeug- bzw. Lenkverhalten gezielt mit Blick auf diese Dynamikgrößen eingestellt und/oder optimiert werden.
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Gemäß optionalen Ausführungsbeispielen werden dem Fahrer Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung gestellt, sodass dieser eine Übersetzung von Lenkvorgaben in Dynamikgrößen wählen kann. Insbesondere kann hierdurch das Ausmaß und/oder der Umfang dieser Übersetzung gewählt werden, beispielsweise wie stark, mit welcher Gewichtung und/oder mit welcher Direktheit eine Lenkvorgabe in eine entsprechende Dynamikgröße übersetzbar ist. Bildlich gesprochen kann der Fahrer somit zwischen dem Fahrzeug- bzw. Lenkverhalten eines Sportwagens und dem einer Limousine durch Treffen einer entsprechenden Auswahl wählen.
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Aus Sicht des Fahrers kann somit je persönlicher Präferenz oder auch je Sicherheitsbedürfnis ein angemessenes Lenkverhalten des Fahrzeugs wählbar sein.
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Im Detail wird ein Verfahren zum Einstellen eines Fahrzeuglenkwinkels (zum Beispiel ein Radlenkwinkel) bei einem Fahrzeuglenksystem vorgeschlagen, wobei der Fahrzeuglenkwinkel zumindest anteilig mit einem Aktor (zum Beispiel einem Elektro-und/oder Servomotor) des Fahrzeuglenksystems einstellbar ist, mit:
- - Erhalten eines Fahrerlenkwunsches;
- - Erhalten einer Soll-Dynamikgröße des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Fahrerlenkwunsches;
- - Ermitteln eines Fahrzeuglenkwinkels zum Erreichen der Soll-Dynamikgröße;
- - Einstellen des Fahrzeuglenkwinkels per Steuerung (d.h. bevorzugt ausschließlich per Steuerung und nicht per Regelung) durch Ansteuern des Aktors.
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Wie nachstehend erläutert, können zumindest die vorstehenden Ermittlungs-Verfahrensschritte von einem Lenkungssteuergerät ausgeführt werden, bevorzugt aber auch der Einstellvorgang durch Ausgabe eines Aktor-Stellsignals.
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Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein insbesondere nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen handeln. Prinzipiell ist es möglich, die Erfindung bei Fahrzeugen beliebiger Art einzusetzen (zum Beispiel bei Wasser- oder Luftfahrzeugen), die über ein Fahrzeuglenksystem verfügen.
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Der Fahrzeuglenkwinkel kann ein resultierender Lenkwinkel sein, den das Fahrzeug tatsächlich einnimmt bzw. einschlägt. Der Fahrzeuglenkwinkel kann gleichbedeutend mit einem Radlenkwinkel sein, wie sie zum Beispiel bei Kraftfahrzeugen in bekannter Weise von Fahrzeuglenksystemen eingestellt werden.
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Die gemäß nachstehendem Ausführungsbeispiel optional bereitgestellte Auswahlmöglichkeit eines Übersetzungsverhältnisses kann über ein Fahrerinformationssystem und/oder Infotainmentsystem bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Auswahlmöglichkeit mittels wenigstens einer Anzeigeeinrichtung anzeigebar sein. Dies kann insbesondere durch Anzeigen eines Konfigurationsmenüs erfolgen. Der Fahrer kann zum Beispiel durch Antippen oder andere berührungsempfindliche Aktivierungen eine Auswahl treffen. Prinzipiell ist es auch möglich, die Auswahlmöglichkeit derart bereitzustellen, dass per Spracheingabe, per Gestenerkennung oder durch Betätigen haptischer Schalter Auswahlen möglich sind.
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Wurde eine entsprechende Auswahl getroffen, kann dies zum Beispiel über einen Fahrzeugbus von einer Auswahleinrichtung (zum Beispiel dem Fahrerinformationssystem oder einem Schalter) an das Lenkungssteuergerät übermittelt werden. Beispielsweise können nach Maßgabe der Auswahl entsprechende Signale erzeugt und ausgegeben werden, die dann von dem Lenkungssteuergerät erhalten und ausgewertet werden.
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Sofern hierin von einer Übersetzung gesprochen wird, kann dies alternativ auch als eine Übertragung verstanden und bezeichnet werden. Die Übersetzung kann allgemein das Verhältnis oder den Zusammenhang definieren (insbesondere basierend auf mathematischen Fahrzeugmodellen, Kennlinien, Funktionen oder anderweitigen mathematischen Zusammenhängen), das/der bestimmt, welche Soll-Dynamikgröße bei der Vorgabe eines bestimmten Fahrerlenkwunsches erhalten wird. Insbesondere kann die Übersetzung in einem Algorithmus, einem Fahrzeugmodell und/oder als eine Programmanweisung hinterlegt sein, auf deren Basis ein hierin erläutertes Lenkungssteuergerät die Soll-Dynamikgröße berechnet.
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Der Fahrerlenkwunsch kann analog zur einleitend geschilderten Art durch sensorisches Erfassen einer Fahrer-Lenkvorgabe ermittelt werden bzw. dieser entsprechen. Beispielsweise kann ein Winkelsensor an einer Lenkhandhabe oder an einer hiermit verbundenen Welle angeordnet sein und als Fahrerlenkwunsch einen vorgegebenen Lenkradwinkel ermitteln. Zusätzlich oder alternativ kann in an sich bekannter Weise ein sogenanntes Fahrerhandmoment als Fahrerlenkwunsch ermittelt werden, wobei vorzugsweise wiederum auf entsprechende (Winkel-) Sensorsignale und insbesondere deren zeitliche Änderungen zurückgegriffen werden kann.
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Wie erwähnt, kann es sich bei der Soll-Dynamikgröße insbesondere um die (Fahrzeug-) Querbeschleunigung und/oder die (Fahrzeug-) Gierrate handeln. Bevorzugt wird die Soll-Dynamikgröße rechnerisch ermittelt, wofür aber sensorisch gemessene anderweitige Signale, wie zum Beispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeit, berücksichtigt werden können.
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Insbesondere können (als Beispiele einer rechnerischen Ermittlung) virtuelle bzw. mathematische Fahrzeugmodelle verwendet werden. Ein Beispiel ist ein lineares Einspurmodell. Mit derartigen Modellen können in an sich bekannter Weise zum Beispiel die Gierrate und/oder die Querbeschleunigung anhand von Fahrzeugparametern berechnet werden.
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Durch die modellbasierte Ermittlung kann eine vergleichsweise hohe Genauigkeit erreicht werden, ohne aber das gesonderte Sensoren zum direkten Messen der gewünschten Dynamikgrößen zwingend vorgesehen sein müssen.
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Ebenso ist es möglich, anhand vorab hinterlegter Informationen (zum Beispiel Tabellen und/oder Kennlinien) und dann vorzugsweise in Abhängigkeit wenigstens eines Fahrzeugparameters die dabei vorliegende Gierrate und/oder Querbeschleunigung zu ermitteln bzw. auszulesen. Im Vergleich zu modellbasierten Varianten kann hierdurch Rechenzeit und/oder eine erforderliche Rechenkapazität reduziert werden.
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Allgemein kann je nach optional ausgewählter Übersetzungseinstellung die Ermittlung der Soll-Dynamikgröße angepasst werden. Beispielsweise können dann Parameter des Fahrzeugmodells und/oder kann das verwendete Fahrzeugmodell an sich geändert werden. Gleiches gilt für verwendete Tabellen und/oder Kennlinien. Insbesondere kann eine erste Übersetzungseinstellung mit einem ersten Fahrzeugmodell und/oder einer ersten Tabelle und/oder Kennlinie assoziiert sein und jede weitere Übersetzungseinstellung mit entsprechend einem weiteren Fahrzeugmodell und/oder einer weiteren Tabelle und/oder Kennlinie. Derartige assoziierte Informationen können in der Speichereinrichtung eines hierin geschilderten Lenkungssteuergeräts hinterlegt und zum Beispiel von einem Fahrzeughersteller vorgegeben sein.
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Vorteilhaft ist ein solches vorab-Hinterlegen von Informationen dahingehend, als dass diese im Fahrzeugbetrieb schnell abrufbar sind und erforderliche Rechenkapazitäten von zum Beispiel dem Lenkungssteuergerät geringer ausfallen können.
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Das Ermitteln eines erforderlichen Fahrzeuglenkwinkels, um die Soll-Dynamikgröße zu erreichen, kann ebenfalls modellbasiert und/oder rechnerisch erfolgen. Beispielsweise kann hierfür in einem Steuerungsalgorithmus ein entsprechender Zusammenhang hinterlegt sein (zum Beispiel als Beschreibung der zur steuernden Strecke) und/oder kann allgemein eine Übertragungsfunktion bzw. ein Übertragungszusammenhang zwischen dem Fahrzeuglenkwinkel und der Soll-Dynamikgröße hinterlegt sein.
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Bevorzugt kommt hierfür ein Fahrzeugmodell und insbesondere ein inverses Fahrzeugmodell zum Einsatz oder alternativ ein (computerimplementiertes) Maschinenlernmodell. Dies wird nachstehend noch näher erläutert.
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Es versteht sich, dass der erforderliche Fahrzeuglenkwinkel einen Lenkwinkel beschreibt, mit dem die Soll-Dynamikgröße erwartungsgemäß erreicht werden kann. Ob dies tatsächlich der Fall ist, könnte theoretisch im Rahmen einer erfindungsgemäß nicht angestrebten Regelung überprüft und berücksichtigt werden. Hierfür könnte eine Ist-Dynamikgröße ermittelt und rückgeführt werden, was im Rahmen der vorliegend bevorzugten Steuerung aber nicht vorgesehen ist.
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Zum Ansteuern des Aktors können Steuersignale erzeugt werden, um den erforderlichen Fahrzeuglenkwinkel einzustellen. Die Steuerung kann entsprechende Steuersignale an den Aktor ausgeben (z.B. durch Einspeisen in einen CAN-Bus). Die Steuersignale können zum Beispiel Stellsignale für den Aktor des Fahrzeuglenksystems sein. Insbesondere können sie Stellsignale für eine Leistungselektronik sein, nach deren Maßgabe dann der Aktor (bevorzugt ein Elektromotor) mit elektrischer Energie von der Leistungselektronik versorgt werden kann, um in an sich bekannter Weise (zum Beispiel durch Verlagern einer Zahnstange per Ritzel-Rotation) den Fahrzeuglenkwinkel einzustellen. Die entsprechenden Signale können wiederum von einem hierin geschilderten Lenkungssteuergerät erzeugt und/oder ausgegeben werden.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Fahrzeuglenkwinkel mittels eines inversen Fahrzeugmodells ermittelt wird, das als Eingangsgröße die Soll-Dynamikgröße erhält. Das Fahrzeugmodell kann in an sich bekannter digital und/oder rechnerbasiert sein. Es kann Zusammenhänge zwischen Dynamikgrößen und dem Fahrzeuglenkwinkel beschreiben. Allerdings kann, wie durch den Begriff invers kenntlich gemacht, in diesem Fall ein gegenüber dem physikalisch zugrundeliegenden eigentlichen Ursache-Wirkungs-Zusammenhang gegensätzlicher Zusammenhang modelliert werden, nämlich der Zusammenhang zwischen einer gegebenen und gewünschten Soll-Dynamikgröße und einem hierfür erforderlichen Fahrzeuglenkwinkel. Es wird also vom gewünschten physikalischen Soll-Zustand auf eine hierfür erforderliche ursächliche Betriebsgröße in Form des Fahrzeuglenkwinkels geschlossen, die entsprechend einzustellen ist.
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Das Verwenden eines solchen inversen Fahrzeugmodells ermöglicht eine zuverlässige und schnelle Ermittlung des einzustellenden Fahrzeuglenkwinkels.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Fahrzeuglenkwinkel mittels eines Maschinenlernmodells ermittelt wird, das als Eingangsgröße die Soll-Dynamikgröße erhält. Analog zum vorstehenden Fahrzeugmodell kann auch das Maschinenlernmodell einen Zusammenhang zwischen gewünschter Soll-Dynamikgröße und hierfür erforderlichem einzustellenden Fahrzeuglenkwinkel beschreiben. Hierfür kann das Maschinenlernmodell diesen Zusammenhang anhand von (Trainings-)Datensätzen im Rahmen eines maschinellen Lernvorgangs erlernen, wobei diese Datensätze Beispiele derartiger Zusammenhänge abbilden und bevorzugt verifiziert sind (zum Beispiel da sie durch einen Experten auf Richtigkeit überprüft wurden).
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Das Maschinenlernmodell kann ein neuronales Netz, ein regelbasiertes Modell oder ein allgemeines Regressionsmodell sein oder umfassen. Es kann nichtlineare Zusammenhänge zwischen Eingangsgrößen (gewünschte Soll-Dynamikgröße) und Ausgangsgrößen (hierfür erforderlicher Fahrzeuglenkwinkel) abbilden. Insbesondere im Fall eines neuronalen Netzes kann das Modell die Eingangsgröße in einer Eingangsschicht und die Ausgangsgröße in eine Ausgangsschicht erhalten, wobei diese Schichten bevorzugt über eine Vielzahl von Zwischenschichten verbunden sind. Jede Zwischenschicht kann Knoten enthalten, die mit einer benachbarten Schicht und/oder dortigen etwaigen Knoten über gewichtete Verknüpfungen verknüpft sein können. Das Modell kann auch weitere Eingangsgrößen berücksichtigen, beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Lenkwinkeländerungsgeschwindigkeit oder eine geplante Route, um darauf basierend einen geeigneten bzw. erforderlichen einzustellenden Fahrzeuglenkwinkel zu ermitteln.
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Das Maschinenlernmodell kann mittels eines Algorithmus und/oder Softwaremoduls ausführbar bzw. darin enthalten sein und von dem Lenkungssteuergerät durch Ausführen dieses Algorithmus und/oder Softwaremoduls ausgeführt werden. Hierunter kann zum Beispiel verstanden werden, dass das Lenkungssteuergerät die genannte(n) Eingangsgröße(n) erhält und dann basierend auf den durch das Maschinenlernmodell definierten Zusammenhängen die dazugehörige Ausgangsgröße ermittelt.
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Allgemein sieht die Erfindung das Durchführen einer Steuerung und insbesondere einer reinen Steuerung vor. Hierunter wird verstanden, dass keine Rückkopplungen oder Rückführungen von Ist-Größen erfolgen oder zumindest nicht in der Weise, dass darauf basierend eine Regelabweichung ermittelt und/oder eine ausgegebene Steuergröße (zum Beispiel dynamisch oder nachträglich) angepasst wird. Stattdessen kann zunächst eine Steuergröße im Sinne einer Feed-Forward-Steuerung erzeugt und ausgegeben werden, ohne dass tatsächliche Systemzustände ermittelt und zum Erzeugen und/oder nachträglichen Anpassen dieser Steuergröße rückgeführt werden.
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Genauer gesagt sieht eine Weiterbildung vor, dass die Steuerung (zum Einstellen des Fahrzeuglenkwinkels) rückkopplungsfrei erfolgt, insbesondere ohne Ermitteln einer Regeldifferenz. Anders ausgedrückt wird also im Rahmen der Steuerung keine Regelung durchgeführt.
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Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuerung ohne Berücksichtigung einer Ist-Dynamikgröße erfolgt. Insbesondere kann darauf verzichtet werden, eine Soll-Ist Abweichung der Dynamikgröße (zum Beispiel als Regeldifferenz) zu ermitteln und darauf basierend den Aktor anzusteuern. Erneut wird also eine reine Steuerung bevorzugt, welche vorstehend genannte Vorteile hinsichtlich Robustheit und Geschwindigkeit besitzt.
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Wie erwähnt, sehen weitere Ausführungsformen der Erfindung vor, dass die Soll-Dynamikgröße modellbasiert und/oder auf Basis wenigstens einer Kennlinie ermittelt wird. Ebenso geschildert wurde, dass die Soll-Dynamikgröße bevorzugt eine ist von einer Gierrate des Fahrzeugs und von einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs. Prinzipiell ist es auch möglich, beide diese Dynamikgröße zu berücksichtigen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren ferner Folgendes:
- - Bereitstellen einer Auswahlmöglichkeit, mittels derer ein Fahrzeugfahrer eine von wenigstens zwei Übersetzungseinstellungen (zum Beispiel einen Übersetzungsfaktor oder ein Übersetzungsverhältnis) auswählen kann, die jeweils eine Übersetzung eines Fahrerlenkwunsches in eine Soll-Dynamikgröße definieren;
- - Erhalten einer vom Fahrer ausgewählten Übersetzungseinstellung;
- - Ermitteln einer Soll-Dynamikgröße des Fahrzeugs in Abhängigkeit der ausgewählten Übersetzungseinstellung (und bevorzugt des bereits erhaltenen Fahrerlenkwunsches).
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Weiter kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zumindest eine erste und eine zweite Übersetzungseinstellung (als Auswahlmöglichkeit) existiert und derselbe Fahrerlenkwunsch bei der ersten Übersetzungseinstellung in einer höheren Soll-Dynamikgröße resultiert als bei der zweiten Übersetzungseinstellung. Anders ausgedrückt können sich die Übersetzungseinstellungen durch ein unterschiedliches Ausmaß und/oder eine unterschiedliche Stärke auszeichnen, mit der bei Vorliegen desselben Fahrerlenkwunsches die Soll-Dynamikgröße erzeugt wird. Hierdurch wird dann das Fahrzeugverhalten in der gewünschten Weise beeinflusst, nämlich ob umfassendere oder weniger umfassende Änderungen des Fahrzeuglenkwinkels vorgenommen werden, wenn derselbe Fahrerlenkwunsch vorliegt. Anders ausgedrückt kann hierdurch die Dynamik des Fahrzeuglenksystems eingestellt bzw. angepasst werden.
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In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass die Soll-Dynamikgröße bei der ersten Übersetzungseinstellung zumindest 25% über der Soll-Dynamikgröße bei der zweiten Übersetzungseinstellung liegt. Dies gilt erneut für den Fall, dass von demselben Fahrerlenkwunsch ausgegangen wird.
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Es kann aber auch vorgesehen sein, dass über das Spektrum sämtlicher möglicher Fahrerlenkwünsche (zum Beispiel über das mögliche Wertespektrum des Handlenkmoments) im Mittel und/oder als Minimum eine Abweichung von zumindest 10 % oder zumindest 25 % der mit der ersten und zweiten Übersetzungseinstellung jeweils erhaltenen Soll-Dynamikgröße für einen bestimmten Fahrerlenkwunsch erhalten wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch ein zeitlicher Versatz der Soll-Dynamikgröße bei Wahl der unterschiedlichen Übersetzungseinstellungen vorliegen. So kann z.B. dieselbe Soll-Dynamikgröße (bzw. derselbe Wert hiervon) z.B. bei der ersten Übersetzungseinstellung früher (d.h. bei einem geringeren Fahrerlenkwusch) als bei der zweiten Übersetzungseinstellung erhalten werden.
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Insgesamt kann durch die vorstehend erläuterten Unterschiede der Übersetzungseinstellungen erreicht werden, dass aus Sicht des Fahrers spürbare Änderungen des Fahrzeugverhaltens bei Auswählen der entsprechenden Übersetzungseinstellungen auftreten.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Lenkungssteuergerät für ein Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 9 und insbesondere (wobei das Lenkungssteuergerät einen Fahrerlenkwunsch erhält und) das dazu eingerichtet ist:
- - eine Soll-Dynamikgröße des Fahrzeugs in Abhängigkeit eines (zum Beispiel CAN-Bus) erhaltenen Fahrerlenkwunsches zu ermitteln; und
- - einen zum Erreichen der Soll-Dynamikgröße erforderlichen Fahrzeuglenkwinkel zu ermitteln und per Steuerung einzustellen, und zwar durch Ausgeben einer geeigneten Stellgröße.
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Optional umfasst das Lenkungssteuergerät ferner eine Auswahleinrichtung oder ist von einer Anordnung umfasst, die auch eine solche Auswahleinrichtung aufweist. Dabei kann der Fahrzeugfahrer mittels diese Auswahleinrichtung bevorzugt eine von wenigstens zwei Übersetzungseinstellungen auswählen, die jeweils eine Übersetzung eines Fahrerlenkwunsches in eine Soll-Dynamikgröße definieren, und die ausgewählte Übersetzungseinstellung kann ebenfalls an das Lenkungssteuergerät zum Ermitteln der Soll-Dynamikgröße übermittelt werden.
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Beispiele für Auswahleinrichtungen wurden vorstehend genannt. Insbesondere kann es sich hierbei um ein Fahrerinformationssystem und/oder einen haptischen Schalter handeln. Die Auswahleinrichtung und das Lenkungssteuergerät können über ein Fahrzeugkommunikationssystem (zum Beispiel einen Fahrzeugbus) miteinander verbunden sein. Die Auswahleinrichtung kann Informationen und/oder Signale bezüglich einer getroffenen Auswahl an das Lenkungssteuergerät übermitteln.
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Prinzipiell betrifft die Erfindung auch eine Anordnung mit einem derartigen Lenkungssteuergerät und der Auswahleinrichtung sowie optional auch einem Fahrzeuglenksystem und/oder einem Fahrzeug jeglicher hierin erwähnten Art.
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Das Lenkungssteuergerät kann elektronisch und/oder digital betreibbar sein. Es kann wenigstens eine Prozessoreinrichtung mit wenigstens einem Mikroprozessor umfassen. Allgemein kann das Lenkungssteuergerät dazu eingerichtet sein, zum Ausführen hierin geschilderter Schritte und/oder Maßnahmen Programmanweisungen auszuführen, dabei erhaltene Informationen zu verarbeiten und/oder Signale zu erzeugen und auszugeben.
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Allgemein kann das Lenkungssteuergerät dazu eingerichtet sein, ein Verfahren gemäß jeglicher hierin erläuterten Art auszuführen. Insbesondere kann die Anordnung sämtliche weiteren Merkmale, Varianten und/oder Eigenschaften umfassen, um sämtliche hierin geschilderten Schritte, Funktionen oder Betriebszustände bereitzustellen. Ebenso können sämtliche Weiterbildungen und Erläuterungen zu den Verfahrensmerkmalen auf gleichlautende Anordnungsmerkmale ebenso zutreffen. Beispielsweise kann das Lenkungssteuergerät zum Ermitteln des erforderlichen Fahrzeuglenkwinkels ein inverses Fahrzeugmodell umfassen oder ausführen und/oder ein Maschinenlernmodell.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Für gleichartige oder gleichwirkende Merkmale können dabei figurenübergreifend die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
- 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt;
- 2 zeigt ein Beispiel einer Steuerung, wie sie in der Anordnung von 1 implementiert ist; und
- 3 zeigt ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist schematisch eine Anordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Diese kommt in dem gezeigten Fall bei einem nicht vollständig dargestellten Kraftfahrzeug 100 zum Einsatz. Das Kraftfahrzeug 100 umfasst ein Fahrzeuglenksystem 1, das eine Lenkhandhabe 2 aufweist, die mit einer Eingangswelle 3 verbunden ist. An der Eingangswelle 3 ist ein Momentensensor 4 angeordnet, der einen Fahrlenkwunsch in Form eines Handmoments MH an der Lenkhandhabe 2 erfasst. Bevorzugt ist der Sensor 4 jedoch ein Winkelsensor und der Fahrerlenkwunsch wird als vorgegebener bzw. vom Fahrer eingestellter Winkel erfasst.
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Weiter weist das Fahrzeuglenksystem 1 ein Lenkungssteuergerät 5, eine Leistungselektronik 6, einen elektrischen Servo-Motor (Aktor) 7 und eine Zahnstange 8 auf. Der Servo-Motor 7 weist einen Rotorlagesensor 9 auf, aus dessen Signalen auf die Stellung der Zahnstange 8 und somit auf den Lenkwinkel geschlossen werden kann.
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Dem Lenkungssteuergerät 5 wird der Fahrlenkwunsch MH zugeführt. Nicht dargestellt ist, dass als weitere Größe z.B. der Lenkwusch eines Fahrerassistenzsystems oder gemessene Fahrdynamikgrößen des Fahrzeugs 100 zugeführt werden könnten.
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Als eine weitere Eingangsgröße erhält das Lenkungssteuergerät 5 optional eine Übersetzungseinstellung U, die in der vorstehend geschilderten Weise eine Übersetzung eines Fahrerlenkwunsches MH in eine Soll-Dynamikgröße definiert. Hierfür ist eine Auswahleinrichtung 21 gemäß einer der vorstehenden Varianten bereitgestellt, mittels derer der Fahrzeugfahrer eine aus wenigstens zwei verschiedenen Übersetzungseinstellungen U auswählen kann. Die ausgewählte Übersetzungseinstellung U wird dann an das Lenkungssteuergerät 5 übermittelt (zum Beispiel per Fahrzeug-Kommunikationsbus).
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In Abhängigkeit der Eingangsgrößen MH und U erzeugt das Lenkungssteuergerät 5 eine Stellgröße S in Form eines Stellsignals für die Leistungselektronik 6, die dann entsprechend den Servo-Motor 7 bestromt, damit dieser per Servolenkmoment die Zahnstange 8 bewegt. Hierdurch wird der Fahrzeuglenkwinkel (Radlenkwinkel) eingestellt. Dieser Vorgang entspricht einer reinen Ansteuerung bzw. einem Einstellen des Fahrzeuglenkwinkels per Steuerung.
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Der Servo-Motor 7 kann über ein nicht dargestelltes Kugelkopfgetriebe mit der Zahnstange 8 verbunden sein. Der Rotorlagesensor 9 liefert einen Rotorwinkel φ, mittels dem aufgrund der bekannten Übersetzung die Position der Zahnstange 8 und somit auch der Fahrzeuglenkwinkel (Radlenkwinkel) ermittelbar ist. Weiter sei angemerkt, dass die Eingangswelle 3 im mechanischen Eingriff mit der Zahnstange 8 stehen kann, im Rahmen der Erfindung dies aber vorzugsweise nicht tut (Steer-by-Wire).
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Zum Erzeugen der Stellgröße S des Lenkungssteuergeräts 5 wird der nachstehende Signalfluss aus 2 verwendet. Genauer gesagt zeigt 2 eine in an sich bekannter Weise per Algorithmus implementierte Steuerung (Feed-Forward-Steuerung, ohne Regelungseigenschaften), die von dem Lenkungssteuergerät 5 und insbesondere deren Prozessoreinrichtung 19 (siehe 1) ausgeführt wird. Der Algorithmus bzw. dessen Programmanweisungen können auf einer Speichereinrichtung 20 des Lenkungssteuergeräts 5 (siehe ebenfalls 1) hinterlegt sein.
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In der Steuerung aus 2 wird zunächst der Fahrerlenkwunsch in Form des Handmoments MH als Eingangsgröße erhalten. Anschließend wird mittels eines (mathematischen) Fahrzeugmodells 30 und unter optionaler Berücksichtigung der Übersetzungseinstellung U eine Soll-Dynamikgröße SD ermittelt (alternativ per Tabelle oder Kennlinie). Beispielhaft handelt es sich hierbei um die Gierrate, wobei aber auch die Querbeschleunigung betrachtet werden könnte.
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Die Soll-Dynamikgröße SD wird dann verwendet, um über einen weiteren Funktionsblock 32 (zum Beispiel umfassend ein inverses Fahrzeugmodell oder Maschinenlernmodell) denjenigen Fahrzeuglenkwinkel zu ermitteln, der zum Erzielen dieser Soll-Dynamikgröße SD (zum Beispiel der Gierrate) erforderlich ist.
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Anschließend kann anhand eines hinterlegten mathematischen und insbesondere funktionalen Zusammenhangs die Stellgröße S ermittelt werden, die erforderlich ist, um diesen Fahrzeuglenkwinkel einzustellen. Anders ausgedrückt wird die Stellgröße S ermittelt, mit der der Aktor 7 anzusteuern ist, damit der gewünschte Fahrzeuglenkwinkel eingestellt wird.
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In 2 ist vereinfacht dargestellt, dass die Stellgröße S auf die anhand von 1 erläuterten Komponenten 6 bis 9 einwirkt und sich daraufhin die Ist-Dynamikgröße SI des Gesamtsystems bzw. des Fahrzeugs 100 einstellt. Diese Ist-Dynamikgröße SI wird aber nicht gesondert erfasst und vor allem nicht rückgekoppelt bzw. rückgeführt, um eine etwaige Regeldifferenz zu ermitteln. Insbesondere wird die zunächst ausgegebene Soll-Dynamikgröße SD und somit mittelbar auch die Stellgröße S nicht basierend auf einer solchen Regeldifferenz erzeugt oder angepasst, sondern rein per rückkopplungsfreier Steuerung erzeugt und umgesetzt.
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In 3 ist schließlich ein Ablaufschema für ein erfindungsgemäßes Verfahren dargestellt, wie es mit der Anordnung 10 aus 1 und 2 ausführbar ist. In einem Schritt S1 wird die Übersetzungseinstellung U ausgewählt und an das Lenkungssteuergerät 5 übermittelt. In einem Schritt S2 wird der Fahrerlenkwunsch MH von dem Lenkungssteuergerät 5 erhalten. In einem Schritt S3 ermittelt das Lenkungssteuergerät 5 dann basierend auf diesen Eingangsgrößen U, MH die Soll-Dynamikgröße SD bzw. Soll-Gierrate. In einem Schritt S4 wird z.B. per inversem Fahrzeugmodell derjenige Fahrzeuglenkwinkel ermittelt, der erforderlich ist, um diese Soll-Gierrate zu erreichen. Im Schritt S5 erfolgt in der vorstehend geschilderten Weise die Bestimmung derjenigen Stellgröße S, die erforderlich ist, um diesen Fahrzeuglenkwinkel einstellen zu können. Darauf basierend kann dann der Aktor 7 angesteuert und betrieben werden, ohne dass eine Regelung zum Einsatz kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeuglenksystem
- 2
- Lenkhandhabe
- 3
- Eingangswelle
- 4
- Momentensensor
- 5
- Lenkungssteuergerät
- 6
- Leistungselektronik
- 7
- Aktor (Elektromotor)
- 8
- Zahnstange
- 9
- Rotorlagensensor
- 10
- Anordnung
- 19
- Prozessoreinrichtung
- 20
- Speichereinrichtung
- 21
- Auswahleinrichtung
- 30
- Fahrzeugmodell
- 32
- Funktionsblock
- 100
- Fahrzeug
- U
- Übersetzungseinstellung
- S
- Stellgröße
- MH
- Fahrerlenkwunsch (Handlenkmoment)
- SD
- Soll-Dynamikgröße
- SI
- Ist-Dynamikgröße
