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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lenkunterstützungssystems für ein Fahrzeug nach den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Lenkunterstützungssystem nach den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 8. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
DE 10 2015 219 443 A1 verwiesen.
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Die Erfindung betrifft ein Lenkunterstützungssystem eines Fahrzeuges bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines solchen, mit insbesondere elektromotorischer Momentenunterstützung. Die
DE 10 2015 219 443 A1 offenbart ein solches Lenkunterstützungssystem wobei die Größe und Richtung eines gleichsinnig zum vom Fahrer an seinem Lenkrad vorgegebenen Moment aufgebrachten Unterstützungsmoments oder eines eingestellten sog. Handmoments neben dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel von der Abweichung zwischen der gemessenen und einer modellbasierten Gierrate derart abhängig ist, dass mit zunehmenden Abweichungen ein höheres Unterstützungsmoment oder ein für den Fahrer geringeres Handmoment aufgebracht wird, wodurch der Fahrer über die spürbare Leichtigkeit der Lenkbewegung einen Hinweis auf die Annäherung an den fahrdynamischen Grenzbereich erhält.
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Lenkunterstützungssysteme (auch als sogenannte Servolenksysteme bekannt) für Kraftfahrzeuge sind in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Vermehrt werden dabei Fahrzeug-Lenksysteme mit elektromotorischer Unterstützung entwickelt, ferner hydraulische Lenksysteme mit insbesondere elektromotorischen Lenkmoment-Zusatzaktuatoren im Lenkstrang, die ebenfalls eine elektromotorische Momentenunterstützung zumindest im Sinne der vorliegenden Erfindung bereitstellen, indem die Zusatzaktuatoren an der Lenkhandhabe des Fahrers (d.h. üblicherweise am Lenkrad) ein für den Fahrer spürbares sog. Handmoment anlegen. Dieses Handmoment ist zumeist gegensinnig zu dem vom Fahrer beim Lenken aufgebrachten Moment, kann aber durchaus, insbesondere in Verbindung mit sog. Fahrerassistenzsystemen auch gleichsinnig zum vom Fahrer aufgebrachten Moment sein.
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Unter anderem aufgrund der relativ hohen Reibung und mechanischen Trägheit solcher Lenksysteme mit elektromotorischer Momentenunterstützung kann es vorkommen, dass beim Fahren am oder im sog. fahrdynamischen Grenzbereich ein Erreichen der Grenze der übertragbaren Reifenkräfte für den Fahrer als sog. Handmoment an seinem Lenkrad nicht wie gewünscht (bzw. wie bei früheren rein hydraulischen Servolenksystemen) spürbar ist bzw. dass sich erforderliche Lenkkorrekturen für das Abfangen eines instabilen Fahrzeugs nicht mit der gewünschten Leichtgängigkeit der Lenkung durchführen lassen. Außerdem verfälschen automatische Lenkeingriffe, die für einen gewünschten aktiven Lenkungsrücklauf bspw. beim Abbiegen des Fahrzeugs an einer Straßenkreuzung durch die hohe Lenkungsreibung oder aufgrund von Ungenauigkeiten in der Achskinematik erforderlich sind, die für den Fahrer an seinem Lenkrad spürbare Lenkungsrückmeldung, wenn das Fahrzeug am oder im (dem Fachmann bekannten) fahrdynamischen Grenzbereich bewegt wird. So kann bei Einsatz elektromotorischer Servolenksysteme eine grundsätzlich gewünschte und bei üblichen hydraulischen Servolenksystemen vorhandene Selbststabilisierung des Fahrzeugs beim Abfangen aus einem übersteuernden Fahrzustand nur eingeschränkt vorhanden sein.
Die genannte
DE 10 2015 219 443 A1 offenbart ein Lenkunterstützungssystem, welches bei oben genanntem Problem Abhilfe zu schaffen vermag. Hierzu wird vorgeschlagen, dass bei der Bemessung des erhöhten Unterstützungsmomentes oder geringeren Handmomentes als weitere Randbedingung der zumindest in Form eines Schätzwertes vorliegende Reibwert (= Reibungskoeffizient) zwischen der Fahrbahn und den Rädern des Fahrzeugs berücksichtigt wird.
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Nachteilig an dem genannten Stand der Technik ist jedoch, dass für eine Einstellung der Lenkungsdämpfung bzw. der Dämpfung einer Lenkhandhabe, welche ebenfalls durch das Lenkunterstützungssystem umgesetzt wird, der Reibwert unberücksichtigt bleibt.
Dadurch ist keine konsistente und zeitgleiche Anpassung der drei Lenkungseigenschaften Unterstützung durch das Unterstützungsmoment, Dämpfung und Zentrierung sowohl auf Hochreibwert- als auch auf Niedrigreibwertuntergründen möglich, was das Lenkgefühl für einen Fahrzeugfahrer subjektiv verschlechtert.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Lenkunterstützungssystems sowie ein Lenkunterstützungssystem selbst aufzuzeigen, welches genannte Nachteile verringert.
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Die Lösung der Aufgabe ergibt sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Lenkunterstützungssystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Lenkunterstützungssystems, insbesondere eines elektromechanischen Lenkunterstützungssystems, vorgeschlagen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem genannten Lenkunterstützungssystem um eine oben beschriebenes elektromechanisches Servolenksystem.
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Das Lenkunterstützungssystem umfasst dabei eine durch das Lenkunterstützungssystem einstellbare Dämpfung der Lenkhandhabe des Fahrzeuges, welche insbesondere als sogenannte Lenkraddämpfung ausgebildet ist. Insbesondere wird durch die Dämpfungsfunktion in Abhängigkeit von der Lenkhandhabegeschwindigkeit ein Moment durch das Lenkunterstützungssystem auf die Lenkhandhabe aufgebracht, das gegen die Lenkhandhabebewegung wirkt und so Energie aus dem Lenksystem herausnimmt. Durch die Dämpfung der Lenkhandhabe kann beispielsweise verhindert werden, dass die Lenkhandhabe aufschwingt und dass die Lenkhandhabe zu leichtgängig wird.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dass das Lenkunterstützungssystem ein durch das Lenkunterstützungssystem, beispielswiese über einen bestimmten Zentrierungsfaktor, einstellbaren aktiven Rücklauf einer Lenkhandhabe des Fahrzeuges umfasst. Der aktive Rücklauf sorgt dabei dafür, dass sich die Lenkhandhabe, insbesondere das Lenkrad, nach einer Drehbewegung selbstständig wieder in die Mittellage zurückbewegt.
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Sowohl der aktive Rücklauf als auch die Dämpfungseinstellung kann dabei durch einen sog. Zentrierungsfaktor (für den Rücklauf) bzw. einen Dämpfungsfaktor (für die Dämpfung) eingestellt werden.
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Wird nun eine Abweichung zwischen einer gemessenen und einer modellbasierten Gierrate des Fahrzeuges erfasst, so ist es vorgesehen, dass die Dämpfung der Lenkhandhabe derart eingestellt wird, dass mit zunehmender Abweichung eine geringere Lenkungsdämpfung (insbesondere durch einen ein geringeren Dämpfungsfaktor) eingestellt wird, sodass einem Fahrzeugfahrer über die zunehmend leichtgängigere Lenkung der Übergang in den fahrdynamischen Grenzbereich angezeigt wird.
Eine Abweichung zwischen der modellbasierten (Sollwert) und der gemessenen (Istwert) Gierrate ist beispielsweise in einer Unter- oder Übersteuersituation des Fahrzeuges gegeben.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es ebenso vorgesehen, dass der aktive Rücklauf der Lenkhandhabe bei Erfassen der genannten Gierraten-Ist-Soll-Abweichung derart eingestellt wird, dass mit zunehmender Abweichung eine geringere Lenkungszentrierung eingestellt wird, sodass einem Fahrzeugfahrer über die zunehmend leichtgängigere Lenkung der Übergang in den fahrdynamischen Grenzbereich angezeigt wird.
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Es ist ferner vorgesehen, dass die Dämpfung der Lenkhandhabe bei einer erfassten Abweichung der Ist-Soll-Gierrate in Abhängigkeit eines Fahrbahnreibwertes zwischen der Fahrbahn und den Rädern des Fahrzeuges eingestellt wird. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass auch der aktive Rücklauf bei der genannten Ist-Soll-Abweichung der Gierrate in Abhängigkeit eines aktuellen Fahrbahnreibwertes eingestellt wird.
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Der aktuelle Fahrbahnreibwert zwischen der Fahrbahn, auf welcher sich das Fahrzeug aktuell befindet und den Rädern des Fahrzeuges kann beispielsweise gemessen werden und/oder durch Schätzmethoden geschätzt werden.
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Ferner bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Größe und Richtung eines, gleichsinnig zum vom Fahrer an der Lenkhandhabe vorgegebenen Moment aufgebrachten Unterstützungsmoments von der Abweichung zwischen der gemessenen und der modellbasierten Gierrate derart abhängig ist, dass mit zunehmenden Abweichung ein höheres Unterstützungsmoment oder ein für einen Fahrer geringeres Handmoment aufgebracht wird. Dabei wird ferner bevorzugt bei der Bemessung des erhöhten Unterstützungsmoments oder leichteren Handmoments als weitere Randbedingung der genannte Fahrbahnreibwert berücksichtigt wird.
Je niedriger dabei der festgestellte Reibwert ist, umso höher ist dabei bevorzugt die Unterstützung und umso leichtgängiger ist damit die Lenkung für einen Fahrzeugfahrer mittels der Lenkhandhabe.
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Durch Berücksichtigung des Fahrbahnreibwerts bei Beeinflussung der Dämpfung und auch durch due Beeinflussung des aktiven Rücklaufs und des Unterstützungsmoments in Grenzbereichen des Fahrzeuges, kann eine zeitgleiche Anpassung der Dämpfung, der Zentrierung und des bevorzugten Unterstützungsmomentes erfolgen. Dadurch kann in sich stimmiges Lenkgefühl für einen Fahrzeugfahrer realisiert werden, welches dem Fahrzeugfahrer einen Hinweis auf eine Annäherung des Fahrzeuges an den fahrdynamischen Grenzbereich gibt (insbesondere ohne dabei vom Fahrbahnreibwert verfälscht zu werden). Dadurch, dass dann auch die Dämpfung der Lenkhandhabe in Abhängigkeit der Fahrbahnreibung einen Grenzbereich anzeigt, ist auch die Dämpfung stimmig mit dem aktiven Rücklauf bzw. dem Unterstützungsmoment eingestellt. Eine zeitliche oder betragsmäßige Abweichung der Dämpfung von der Einstellung des aktiven Rücklaufs bzw. des Unterstützungsmoments und damit eine unzureichende oder sogar in sich wiedersprechende Grenzbereichsanzeige für einen Fahrzeugführer kann durch das beanspruchte Verfahren vorteilhaft vermieden werden.
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Bevorzugt erfolgt dabei die Einstellung der Dämpfung der Lenkhandhabe bzw. die bevorzugte Einstellung des aktiven Rücklaufes derart in Abhängigkeit des Fahrbahnreibwertes, dass mit abnehmenden Fahrbahnreibwert, eine geringere Dämpfung (also insbesondere durch einen geringeren Dämpfungsfaktor) bzw. ein schwächerer Rücklauf (also insbesondere durch einen geringeren Zentrierungsfaktor) eingestellt werden. Hierdurch erhält der Fahrer über die spürbare Leichtigkeit der Lenkbewegung der Lenkhandhabe ein Hinweis auf eine Annäherung an den fahrdynamischen Grenzbereich des Fahrzeuges. Diese Funktion wird auch als Grenzbereichsanzeige bzw. Grenzbereichsrückmeldung bezeichnet.
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Hierzu ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Dämpfung anhand zumindest einer hinterlegten Kennlinie eingestellt wird. Bevorzugt wird auch der aktive Rücklauf anhand zumindest einer hinterlegten Kennlinie eingestellt.
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Besonders bevorzugt sind hierfür zwei Kennlinien, eine für denn Fall eines Niedrigreibwertes und eine für den Fall eines Hochreibwertes vorgesehen. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass wenn der aktuelle Fahrbahnreibwert einen Niedrigreib-Schwellwert erreicht und/oder unterschreitet, die Dämpfung (bspw. über den Dämpfungsfaktor) anhand einer Niedrigreibwert-Kennlinie eingestellt wird. Wird also erfasst, dass der Reibwert der Fahrbahn einen bestimmten Schwellwert im Niedrigreibwertbereich unterschreitet bzw. erreicht, so wird die Dämpfung und insbesondere der genannte Dämpfungsfaktor anhand einer hinterlegten Niedrigreibwert-Kennlinie eingestellt.
Dieser Niedrigreib-Schwellwert befindet sich dabei bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,2 bis 0,4.
Wird dagegen erfasst, dass der aktuelle Fahrbahnreibwert einen Hochreib-Schwellwert erreicht bzw. überschreitet, so ist es bevorzugt vorgesehen die Dämpfung anhand einer Hochreibwert-Kennlinie einzustellen.
Der Hochreib-Schwellwert befindet sich bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,7 bis 0,9.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist auch für den aktiven Rücklauf bei Erreichen bzw. Unterschreiten eines Niedrigreib-Schwellwerts bzw. bei Erreichen oder Überschreiten eines Hochreib-Schwellwerts die Einstellung auf einer Niedrigreibwert- bzw. einer Hochreibwert-Kennlinie vorgesehen. Die Schwellwerte befindet sich dabei bevorzugt im selben Bereich, wie bei der Einstellung der Dämpfung.
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Wird ein Fahrbahnreibwert erfasst, der sich zwischen dem Hochreib- und Niedrigreib- Schwellwert befindet, so ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Dämpfung (und bevorzugt auch der aktive Rücklauf) auf einen Mittelwert eingestellt wird, welcher sich mittels mathematischer Berechnungsmethoden (beispielsweise mittels einer linearen Interpolation) aus der in der Hochreibwert- und der Niedrigreibwert-Kennlinie vorgegebenen Werte ergibt.
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Es ist demnach bevorzugt vorgesehen, dass eine Dämpfungskennlinie im Falle eines Niedrigreibwertes und eine Dämpfungskennlinie im Falle eines Hochreibwertes abgerufen wird, sodass eine genaue und für den Fahrer spürbare Grenzbereichsanzeige in Abhängigkeit des Fahrbahnreibwerts erfolgt.
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In einer Untersteuersituation des Fahrzeuges (also bei einer Abweichung der Ist-Gierrate von der Soll-Gierrate) ist es dann bevorzugt vorgesehen, dass ein angemessener Lenkmomentabfall durch das Lenkunterstützungssystem bei zunehmend überschobener Vorderachse entsprechend der Reduzierung des Reifennachlaufs eingestellt wird. Ferner ist es bevorzugt im Untersteuerfall vorgesehen, dass die Dämpfung der Lenkhandhabe reduziert wird und der Lenkungsrücklauf bei überschobener Vorderachse angemessen eingestellt wird.
Im Falle der Übersteuerung des Fahrzeuges (ebenfalls bei einer Abweichung der Ist-Gierrate von der Soll-Gierrate) ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Lenkung mit angemessener Geschwindigkeit in eine selbststabilisierende Richtung läuft und eine angepasste Reduzierung der Dämpfung im Lenksystem zum ausreichend leichtgängigen, feinfühligen Korrigieren erfolgt.
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Ferner wird ein Lenkunterstützungssystem für ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches ausgebildet ist, das beanspruchte Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Das Lenkunterstützungssystem umfasst dabei zumindest eine Sensoreinheit und/oder zumindest eine Steuereinheit zum Erfassen bzw. Schätzen eines Fahrbahnreibwertes.
Ferner umfasst das Lenkunterstützungssystem zumindest eine (beispielweise weitere oder die gleiche) Steuereinheit zur Einstellung einer Dämpfung der Lenkhandhabe, insbesondere mittels eines genannten Dämpfungsfaktors in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrbahnreibwert. Bevorzugt umfasst das Lenkunterstützungssystem zumindest eine Steuereinheit zu Einstellung eines aktiven Rücklaufs einer Lenkhandhabe (insbesondere mittels einem genannten Zentrierungsfaktor) in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrbahnreibwert.
Das Lenkunterstützungssystem umfasst ferner zumindest eine Antriebsvorrichtung zur Einstellung eines Unterstützungsmoments bzw. einer Dämpfung bzw. eines aktiven Rücklaufs an der Lenkhandhabe des Fahrzeuges.
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Ferner umfasst das Lenkunterstützungssystem eine Sensoreinheit bzw. Steuereinheit zum Erfassen einer Abweichung zwischen einer gemessenen (Ist-Wert) und einer modellbasierten Gierrate (Soll-Wert) des Fahrzeuges. Diese Abweichung kann beispielsweise über einen Querbeschleunigungssensor oder ähnlichem festgestellt bzw. erfasst werden.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel weiter erläutert. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
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In 1 ist dabei auf zwei Diagrammen beispielhaft und schematisch die Dämpfung in % im Verlauf der Zeit s auf einer Niedrigreibwert-Kennlinie µlow und auf einer Hochreibwert-Kennlinie µhigh in Abhängigkeit einer Gierratenabweichung Δ Gierrate (Abweichung zwischen einem Soll- und einem Ist-Wert der Gierrate) im Verlauf der Zeit s abgebildet.
In 2 ist exemplarisch die Dämpfungsänderung in Abhängigkeit der Gierratenabweichung Δ Gierrate auf einer Niedrigreibwert-Kennlinie µlow und einer Hochreibwert-Kennlinie µhigh abgebildet.
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In 1 ist auf dem oberen Diagramm eine Gierratenabweichung Δ Gierrate eines Ist-Wertes von einem Soll-Wert im Verlauf der Zeit s beispielhaft aufgezeigt. In dem unteren Diagramm ist dann die Dämpfung der Lenkhandhabe in % auf zwei unterschiedlichen Verläufen dargestellt, in Abhängigkeit der oben abgebildeten Gierratenabweichung Δ Gierrate. Dabei nimmt die Dämpfung mit zunehmender Gierratenabweichung Δ Gierrate in beiden Verläufen immer mehr ab, sodass einem Fahrzeugfahrer über die zunehmend leichtgängigere Lenkung der Übergang in den fahrdynamischen Grenzbereich angezeigt wird. Ein erster Verlauf (durchgezogene Linie) stellt dabei den Verlauf der Dämpfung bzw. der Dämpfungsänderung in % dar, welcher auf einer Hochreibwert-Strecke eingestellt wird, während der andere Verlauf (gestrichelte Linie) die Dämpfung darstellt, welche auf einer Niedrigreibwert-Fahrbahn in Abhängigkeit von der im oberen Diagramm gezeigten Gierratenabweichung Δ Gierrate erfolgt.
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Dabei ist zu erkennen, dass, wenn sich das Fahrzeug auf einer Fahrstrecke mit einem Niedrigreibwert µlow befindet, bereits bei einer geringen Abweichung der Ist-Gierrate von der Soll-Gierrate Δ Gierrate eine Dämpfungsminderung erfolgt, sodass der Fahrzeugfahrer bereits bei geringen Gierratenabweichungen Δ Gierrate durch ein leichtgängigeres Lenkgefühl einen Hinweis auf eine Annäherung an einen Grenzbereich des Fahrzeuges erhält.
Befindet sich das Fahrzeug stattdessen auf einer Fahrbahn mit einem hohen Reibwert (Hochreibwert-Bereich) µhigh, so erfolgt eine Dämpfungsänderung erst bei größeren Gierratenabweichungen Δ Gierrate und bevorzugt auch etwas weniger stark ausgeprägt.
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In 2 ist exemplarisch die Dämpfungsänderung in % in Abhängigkeit der genannten Gierratenabweichung Δ Gierrate in Form einer Niedrigreibwert-Kennlinie µlow und in Form einer Hochreibwert-Kennlinie µhigh dargestellt. Wird also ein Fahrbahnreibwert erfasst, welcher sich innerhalb des Niedrigreibwert-Bereichs befindet, so wird die Dämpfung gemäß der Niedrigreibwert-Kennlinie µlow bei einer bestimmten erfassten Gierratenabweichung Δ Gierrate eingestellt. Ist der aktuelle Reibwert innerhalb des Hochreibwert-Bereichs, so wird die Dämpfung bzw. die Dämpfungsänderung durch die Hochreibwert-Kennlinie µhigh in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung Δ Gierrate eingestellt.
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Auch in dem Diagramm aus 2 ist zu erkennen, dass bereits bei geringerer Gierratenabweichung Δ Gierrate frühzeitig eine Dämpfungsreduzierung erfolgt, wenn die Dämpfung anhand der Niedrigreibwert-Kennlinie µlow betrieben wird.
Die Kennlinie für Niedrigreibwert µlow ist beispielsweise unterhalb eines aktuell erfassten Fahrbahnreibwerts von µ = 0.3 aktiv, während die Kennlinie für den Hochreibwert µhigh beispielsweise ab µ = 0.9 aktiv ist.
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Liegt der aktuell gemessene oder geschätzte Reibwert zwischen dem Niedrigreibwert- und dem Hochreibwert-Bereich, so wird zwischen den beiden Kennlinien µhigh, µlow interpoliert und darauf eine Dämpfungsänderung in Abhängigkeit der Gierratenabweichung Δ Gierrate berechnet.
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Im Übrigen ist es bevorzugt vorgesehen, dass auch für den aktiven Rücklauf derartige Niedrigreibwert- µlow und Hochreibwertkennlinien µhigh vorgesehen sind, wobei der aktive Rücklauf anhand dieser Kennlinien µhigh, µlow und in Abhängigkeit der Gierratenabweichung Δ Gierrate eingestellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015219443 A1 [0001, 0002, 0004]
