DE102020201638A1

DE102020201638A1 - Verfahren zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes

Info

Publication number: DE102020201638A1
Application number: DE102020201638.0A
Authority: DE
Inventors: Christopher Kreis; Tobias Rüger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-02-11
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2021-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes (1) zur manuellen Bedienung eines zumindest teilweise elektronischen Lenksystems (2) eines Fahrzeugs (3), gekennzeichnet durch zumindest folgende Schritte:
a) Erfassen mindestens eines Fahrzeug-Parameters (4), der einen Rückschluss auf den momentanen fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs (3) erlaubt;
b) Überwachen zumindest eines in Schritt a) erfassten Fahrzeug-Parameters (4) oder eines damit ermittelten Fahrdynamik-Parameters (5) hinsichtlich des Vorliegens eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern,
c) Vorgeben zumindest einer Soll-Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes (1) in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters (4) oder des Fahrdynamik-Parameters (5), wenn in Schritt b) das Vorliegen eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern erkannt wurde.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes zur manuellen Bedienung eines zumindest teilweise elektronischen Lenksystems eines Fahrzeugs, ein System zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes zur manuellen Bedienung eines zumindest teilweise elektronischen Lenksystems eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einem entsprechenden System. Die Erfindung kann insbesondere bei einem Steer-by-Wire Lenksystem zur Anwendung kommen.
Bekannte Steer-by-Wire Lenksysteme berücksichtigen jedoch standardmäßig nicht, dass die Soll-Lenkwinkelvorgabe des Fahrers auch einen instabilen Fahrzustand hervorrufen kann. Insbesondere Über- und Untersteuern sind hier problematisch, da zum Beispiel der Momenteneinbruch des Lenkmomentes beim Untersteuern durch den Verlust der Haftung der Vorderräder nicht durch eine mechanische Verbindung zum Fahrer übertragen wird. Ohne besondere Maßnahmen ist dieser Fahrzustand bei einem Steer-by-Wire System demnach nicht spürbar.
Aus der DE 10 2007 040 064 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Rückstellmoments eines elektrischen Fahrzeuglenksystems bekannt. Dabei wird ein Sollwert für das Rückstellmoment zur Mittenzentrierung eines Lenkrades vorgegeben.
Aus der DE 10 2011 051 963 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Soll-Lenkmoments für ein Lenkmittel einer elektrischen Servolenkvorrichtung in einem Kraftfahrzeug bekannt. Dies verfolgt den Zweck, unterschiedliche Reibwerte zwischen der rechten und linken Seite des Kraftfahrzeugs (µ-Spliz-Situation) zu kompensieren.
Aus der DE 102 48 343 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Betätigungskraftsimulators einer Fahrzeuglenkung bekannt. Dabei erfolgt eine Ansteuerung des Betätigungskraftsimulators nach Maßgabe eines ermittelten Betätigungsmoments.
Diesen Druckschriften ist somit gemein, dass zur Verbesserung des Lenkgefühls lediglich ein Soll-Rückstellmoment für das manuelle Lenkmittel bzw. als Eingangsgröße für das Fahrer-Feedback vorgegeben wird. Bei instabilen fahrdynamischen Zuständen, wie etwa einem Untersteuern oder Übersteuern kann die Vorgabe des Soll-Rückstellmoments und/oder der Soll-Rückstellkraft jedoch nicht ausreichend sein, um ein möglichst realistisches Lenkgefühl zu erzeugen. Insbesondere bei schnellem Lenken auf Niedrigreibwert verlieren die Vorderräder die Haftung. Das Fahrzeug rutscht über die Vorderräder und folgt nicht mehr dem vorgegebenen Lenkwinkel. Das Seitenkraftpotential von Rad/Reifen ist erschöpft. Das Fahrzeug untersteuert und verlässt den durch den Fahrer vorgegebenen Kurs. Es kann zu einem Verlassen der Straße und schlimmstenfalls zu einem Unfall kommen.
Die bei einem solchen Untersteuern eigentlich erfolgende Verringerung des am Lenkrad spürbaren Drehmomentes („Momenteneinbruch“) kann bei Verwendung von (nur) Soll-Rückstellmoment und/oder Soll-Rückstellkraft als Eingangsgröße(n) für das Fahrer-Feedback nicht ausreichend abgebildet werden. Damit kann dem Fahrer insbesondere beim Untersteuern keine ausreichende Rückmeldung über den Fahrbahnzustand und den Kraftschluss am Rad gegeben werden.
Insbesondere bei bekannten Steer-by-Wire Lenksystemen mit entsprechender Rückstellung durch Soll-Moment-Vorgabe ist eine gute Rückmeldung in fahrdynamischen Grenzbereichen daher häufig nicht möglich gewesen. Somit mussten die Grenzbereiche durch eine Begrenzung des Lenkwinkels limitiert werden, was wiederum zu einem entkoppelten Lenkgefühl führte.
Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere sollen ein Verfahren zur aktiven Rückstellung sowie ein System zur aktiven Rückstellung angegeben werden, die insbesondere auch in fahrdynamischen Grenzbereichen eine Verbesserung des Lenkgefühls und/oder eine bessere Rückmeldung über den Fahrbahnzustand und/oder Kraftschluss am Rad erlauben.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Hierzu trägt ein Verfahren zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes zur manuellen Bedienung eines zumindest teilweise elektronischen Lenksystems eines Fahrzeugs bei, umfassend zumindest folgende Schritte:

a) Erfassen mindestens eines Fahrzeug-Parameters, der einen Rückschluss auf den momentanen fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs erlaubt;
b) Überwachen zumindest eines in Schritt a) erfassten Fahrzeug-Parameters oder eines damit ermittelten Fahrdynamik-Parameters hinsichtlich des Vorliegens eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern,
c) Vorgeben zumindest einer Soll-Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters oder des Fahrdynamik-Parameters, wenn in Schritt b) das Vorliegen eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern erkannt wurde.

Die Schritte a), b) und c) können zumindest einmal während des Verfahrens in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zumindest die Schritte a) und b) oder die Schritte a), b) und c) zumindest teilweise parallel oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann mit einem hier beschriebenen System durchgeführt werden. Das Verfahren kann in einem Fahrzeug durchgeführt werden. Bei dem Bedienelement handelt es sich in der Regel um ein Steuerelement, wie etwa ein Lenkrad oder einen Steuerknüppel.
Das Verfahren dient insbesondere zur aktiven Rückstellung eines Lenkrades. Durch die aktive Rückstellung wird insbesondere angestrebt, dem Fahrer ein möglichst realistisches Lenkgefühl zu simulieren, welches aufgrund bei elektronischen Lenksystemen üblicherweise fehlender mechanischer Rückkopplung verloren gehen kann. Unter einer aktiven Rückstellung (kurz: „ARS“) kann insbesondere eine Funktion (des Lenkgefühls bzw. zur Beeinflussung des Lenkgefühls) verstanden werden, mit der die Kraft und die Geschwindigkeit abgestimmt bzw. eingestellt werden kann, mit welcher das Bedienelement (z. B. Lenkrad) nach einem Steuerausschlag (z. B. Lenkeinschlag) in die Ausgangsstellung bzw. Mitte oder zu einem bestimmten Zielwinkel zurückbewegt wird. Das Lenksystem kann zur aktiven Rückstellung beispielsweise einen mit dem Bedienelement (mechanisch) wirkverbundenen (Elektro-)Motor aufweisen, der eine bestimmte Rücklaufgeschwindigkeit und/oder eine bestimmte Rückstellkraft auf das Bedienelement aufbringen kann. Die ARS-Funktion kann beispielsweise zusätzlich auch ein Soll-Rückstellmoment auf das Bedienelement vorgeben und hier mit einer weiteren Schnittstelle ausgestattet werden, durch die der Funktionsparameter Soll-Rücklaufgeschwindigkeit und ggf. auch der Funktionsparameter Soll-Rückstellkraft (unabhängig voneinander) vorgegeben bzw. manipuliert werden können.
Weiterhin kann diese Funktion (d.h. die aktive Rückstellung) auch das Steuergefühl bzw. Lenkgefühl beim Ansteuern bzw. Anlenken des Fahrzeugs in Abhängigkeit des vom Fahrer aufgebrachten Steuermoments bzw. Lenkmoments beeinflussen. Ein Vorteil einer Beeinflussung dieser Größe in insbesondere einem Steer-by-Wire Lenksystem ist, dass hier eine für den Fahrer leicht und/oder eindeutig wahrnehmbare und möglichst sicher interpretierbare Information am Bedienelement bzw. Lenkrad erzeugt werden kann bzw. entsteht, da insbesondere die hochfrequenten Anteile der Rückmeldung nicht oder möglichst wenig von der ARS beeinflusst werden. So kann das natürliche Lenkgefühl möglichst erhalten bleiben. In vorteilhafter Weise wird der Lenkmomentenabfall bei einem Untersteuern (dadurch) deutlich spürbar und das Lenkgefühl wird insbesondere nicht synthetisch.
In Schritt a) erfolgt ein Erfassen mindestens eines Fahrzeug-Parameters, der einen Rückschluss auf den momentanen fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs erlaubt. Bei diesem Fahrzeug-Parameter kann es sich beispielsweise um einen Radlenkwinkel und/oder eine Fahrzeug-Geschwindigkeit und/oder eine (sensorisch gemessene, momentane Gierrate) handeln. Der Radlenkwinkel betrifft insbesondere den (in der horizontalen Ebene gemessenen) Winkel zwischen einer sich in Fahrtrichtung erstreckenden (bzw. zur Fahrrichtung parallelen), vertikalen Ebene und einer vertikalen Ebene, die senkrecht auf der Rotationsachse des betreffenden Rades steht. Über den Radwinkel (ggf. in Verbindung mit weiteren Fahrzeug-Parametern, wie etwa der Fahrzeug-Geschwindigkeit) kann insbesondere auf die momentane Gierrate des Fahrzeugs rückgeschlossen werden.
In Schritt b) erfolgt ein Überwachen zumindest eines in Schritt a) erfassten Fahrzeug-Parameters oder eines damit ermittelten Fahrdynamik-Parameters hinsichtlich des Vorliegens eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass der Fahrzeug-Parameter oder ein damit ermittelter Fahrdynamik-Parameter (wiederholt) dahingehend geprüft wird, ob ein Übersteuern oder Untersteuern vorliegt bzw. ob das Fahrzeug momentan übersteuert oder untersteuert. Insbesondere wird in Schritt b) überwacht, ob ein Untersteuern vorliegt. Bei dem Fahrdynamik-Parameter kann es sich beispielsweise um eine Gierratendifferenz (z. B. aus der momentanen Gierrate und einer Referenzgierrate) und/oder um einen Schwimmwinkel handeln. Insbesondere kann in Schritt b) der Untersteuerfall aus einer (entsprechenden) Abweichung der realen Gierrate aus einem Referenzmodell (z. B. Einspurmodell) erkannt werden.
In Schritt c) erfolgt ein Vorgeben zumindest einer (motorischen) Soll-Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters oder des Fahrdynamik-Parameters, wenn in Schritt b) das Vorliegen eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern erkannt wurde. Zur aktiven Rückstellung kann diese Vorgabe beispielsweise an einen mit dem Bedienelement (mechanisch) wirkverbundenen (Elektro-)Motor übermittelt werden, der eine in Abhängigkeit der Vorgabe eine bestimmte Rücklaufgeschwindigkeit (möglichst die Soll-Rücklaufgeschwindigkeit) und/oder eine bestimmte Rückstellkraft am Bedienelement einstellen kann. Hierzu kann der Motor die Rücklaufgeschwindigkeit und/oder die Rückstellkraft beispielsweise selbst aufbringen oder eine ggf. von zusätzlichen Mitteln (wie etwa einer Feder) bereits aufgebrachte Rücklaufgeschwindigkeit und/oder die Rückstellkraft modifizieren. Zum Vorgeben kann als Ausgang der ARS-Funktion beispielsweise mindestens ein (Fahrdynamik-)Faktor ausgegeben werden, mit dem die (ARS-)Soll-Rücklaufgeschwindigkeit und ggf. auch die (ARS-)Sollkraft (ggf. auch unabhängig voneinander, z.B. durch voneinander unabhängige Gewichtungen des Faktors) beeinflusst werden kann. Der Faktor kann weiterhin normiert, insbesondere auf einen Wert von 0 (null) bis zu einem maximalen Wert (z.B. 1 (eins)) normiert sein. Die Rücklaufgeschwindigkeit betrifft insbesondere eine Umfangsgeschwindigkeit eines Lenkrades.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt c) zumindest die Soll-Rücklaufgeschwindigkeit und eine (motorische) Soll-Rückstellkraft des Bedienelementes unabhängig voneinander vorgegeben werden. Insbesondere können die Funktionsparameter Soll-Rücklaufgeschwindigkeit und Soll-Rückstellkraft unabhängig voneinander manipuliert werden. Hierzu kann beispielsweise eine voneinander unabhängige Gewichtung eines (Fahrdynamik-)Faktors erfolgen, der insbesondere auf Basis des erfassten Fahrzeug-Parameters oder des damit gebildeten Fahrdynamik-Parameters ermittelt wurde. Beispielsweise kann der (Fahrdynamik-)Faktor zur Berechnung eines Soll-Rücklaufgeschwindigkeits-Faktors mit einem (ggf. konstanten) rücklaufgeschwindigkeitsspezifischen Gewicht und zur Berechnung eines Soll-Rückstellkraft-Faktors mit einem (ggf. konstanten) rückstellkraftspezifischen Gewicht multipliziert werden. Die Rückstellkraft betrifft insbesondere eine in Umfangsrichtung eines Lenkrades gerichtete Kraft.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt a) zumindest der momentane Radlenkwinkel erfasst wird. Dies kann zum Beispiel mittels einer Kennlinie aus der aktuellen Zahnstangenposition, Rotorlage des (EPS-)Motors oder sonstiger Winkelinformation erfolgen. Der Radlenkwinkel betrifft insbesondere den (in der horizontalen Ebene gemessenen) Winkel zwischen einer sich in Fahrtrichtung erstreckenden (bzw. zur Fahrrichtung parallelen), vertikalen Ebene und einer vertikalen Ebene, die senkrecht auf der Rotationsachse des betreffenden Rades steht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt b) eine Gierratendifferenz aus einer Referenzgierrate für einen stabilen Fahrzustand und der momentanen Gierrate überwacht wird. Unter einem „stabilen Fahrzustand“ wird hier insbesondere ein fahrdynamischer Zustand verstanden, in dem kein Übersteuern oder Untersteuern, insbesondere kein Untersteuern vorliegt. Die Referenzgierrate kann zum Beispiel aus einem (Einspur-)Modell, insbesondere in Abhängigkeit des Radlenkwinkels und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden. Die momentane Gierrate kann beispielsweise über eine entsprechende Sensorik des Fahrzeugs erfasst werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zur Vorgabe zumindest der Soll-Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes ein Faktor in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters oder des Fahrdynamik-Parameters gebildet wird, mit dem die momentane Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes manipuliert wird. Es können (hierzu) in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters oder des Fahrdynamik-Parameters ein Untersteuer-Faktor und/oder ein Übersteuer-Faktor, insbesondere unabhängig bzw. separat voneinander gebildet werden. Der Untersteuer-Faktor und der Übersteuer-Faktor können anschließend zu einem Gesamt-Faktor addiert werden. Dies kann in vorteilhafter Weise dazu beitragen, dass möglichst viele bzw. alle instabilen fahrdynamischen Zustände (instabile Fahrzustände) erfasst werden können. Weiterhin kann der so gebildete Faktor auf insbesondere einen bestimmten Wertebereich, wie etwa von 0 (null) bis 1 (eins) normiert werden. Darüber hinaus kann der so normierte Faktor mittels insbesondere voneinander unabhängigen bzw. separaten Gewichtungs-Faktoren (Rückstellkraft-Gewichtungs-Faktor und Rücklaufgeschwindigkeit-Gewichtungs-Faktor) gewichtet werden, um so in vorteilhafter Weise einen Soll-Rückstellkraft-Faktor und/oder einen Soll-Rücklaufgeschwindigkeit-Faktor insbesondere unabhängig bzw. separat voneinander zu ermitteln. Beispielsweise können die Gewichtungs-Faktoren festgelegte Werte sein oder in Abhängigkeit zumindest der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass ein Schwimmwinkel des Fahrzeugs überwacht wird und das Vorgeben in Schritt c) beeinflusst wird, wenn der Schwimmwinkel einen bestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. In diesem Zusammenhang können zusätzlich ein Algorithmus zur Schwimmwinkelberechnung und/oder eine darauf basierende Funktion zur Beeinflussung der ARS-Funktion implementiert sein. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass die Schwimmwinkelfunktion eine höhere Priorität als die zuvor beschriebene (Untersteuer-)Funktion hat. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die ARS-Rückstellkraft und/oder die ARS-Sollrücklaufgeschwindigkeit nicht (mehr) gemäß Schritt c), insbesondere nicht mehr von dem (Fahrdynamik-)Faktor beeinflusst werden, wenn bzw. solange der Schwimmwinkel einen bestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet. Somit kann einem Übersteuern, welches auf Basis einer Schwimmwinkelberechnung erkannt werden kann, eine höhere Priorität eingeräumt werden, als dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Erkennung eines Über- oder Untersteuerns auf Basis eines Gierraten-Referenzmodells.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass es sich bei dem Lenksystem um ein Lenksystem der Steer-by-Wire-Bauart handelt. Bei einem solchen Lenksystem ist insbesondere keine (direkte) mechanische Verbindung zwischen dem Bedienelement und einem auf die Räder wirkenden Stellelement (z.B. Zahnstange) vorgesehen.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein System zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes zur manuellen Bedienung eines zumindest teilweise elektronischen Lenksystems eines Fahrzeugs vorgeschlagen, zumindest umfassend:

• eine Einrichtung zum Erfassen mindestens eines Fahrzeug-Parameters, der einen Rückschluss auf den momentanen fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs erlaubt,
• eine Einrichtung zum Überwachen zumindest eines in Schritt a) erfassten Fahrzeug-Parameters oder eines damit ermittelten Fahrdynamik-Parameters hinsichtlich des Vorliegens eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern,
• eine Einrichtung zum Vorgeben zumindest einer Soll-Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters oder des Fahrdynamik-Parameters, wenn in Schritt b) das Vorliegen eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern erkannt wurde.

Das System kann zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet sein. Das Lenksystem kann zur aktiven Rückstellung beispielsweise einen mit dem Bedienelement (mechanisch) wirkverbundenen (Elektro-)Motor aufweisen, der eine bestimmte Rücklaufgeschwindigkeit und/oder eine bestimmte Rückstellkraft auf das Bedienelement aufbringen kann.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug mit einem hier beschriebenen System vorgeschlagen. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug bzw. Automobil handeln. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Fahrzeug mit einem Lenksystem der Steer-by- Wire-Bauform.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten System und/oder dem Fahrzeug auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Die hier vorgestellte Lösung sowie deren technisches Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in oder in Zusammenhang mit den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen schematisch:

1: ein Fahrzeug mit einem hier vorgeschlagenen System zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes, und
2-6: mögliche Beispiele zur Ausgestaltung des hier vorgeschlagenen Verfahrens zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes.

1 zeigt beispielhaft und schematisch ein Fahrzeug 3 mit einem hier vorgeschlagenen System zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes 1 zur manuellen Bedienung eines zumindest teilweise elektronischen Lenksystems 2 des Fahrzeugs 3. Bei dem Lenksystem 2 handelt es sich hier in der Regel um ein Lenksystem der Steer-by-Wire-Bauart. Bei dem Fahrzeug 3 handelt es sich in der Regel um ein Kraftfahrzeug, wie etwa ein Automobil. Das Fahrzeug 3 hat in der Regel vier Räder 13, wobei die Anzahl der Räder 13 grundsätzlich auch davon verschieden sein kann.
Das System zur aktiven Rückstellung weist eine Einrichtung 10 zum Erfassen mindestens eines Fahrzeug-Parameters 4 auf, der einen Rückschluss auf den momentanen fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs 3 erlaubt. Die Einrichtung 10 umfasst hier beispielhaft eine Zahnstange 32 zur Ansteuerung der Ausrichtung der Räder 13. Dabei kann über die Position der Zahnstange 32 der Radlenkwinkel der über die Zahnstange 32 ausgerichteten Räder 13 eingestellt werden. Zudem kann über die Position der Zahnstange 32 auch der momentane Radlenkwinkel ermittelt werden. Die Einrichtung 10 zum Erfassen des Fahrzeug-Parameters 4 kann somit beispielhaft in einer Art kombiniertem Rad-Aktuator (Road-Wheel-Actuator) integriert sein.
Zudem umfasst das System zur aktiven Rückstellung eine Einrichtung 11 zum Überwachen des erfassten Fahrzeug-Parameters 4 oder eines damit ermittelten Fahrdynamik-Parameters 5 hinsichtlich des Vorliegens eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern. Bei der Einrichtung 11 kann es sich beispielsweise um ein Auswerte-Gerät handeln, welches dazu eingerichtet ist, aus dem momentanen Wert und/oder Verlauf des erfassten Fahrzeug-Parameters 4 oder eines damit ermittelten Fahrdynamik-Parameters 5 zu erkennen, ob einer der (instabilen) fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern vorliegt.
Weiterhin umfasst das System zur aktiven Rückstellung eine Einrichtung 12 zum Vorgeben zumindest einer Soll-Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes 1 in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters 4 oder des Fahrdynamik-Parameters 5, wenn das Vorliegen eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern erkannt wurde. Bei der Einrichtung 12 kann es sich beispielsweise um einen Aktuator (Force-Feedback-Actuator) handeln, der beispielsweise einen (Elektro-)Motor umfassen kann. Die Einrichtung 12 kann so mit dem Bedienelement 1 wirkverbunden sein, das wie eine Rückstellkraft und/oder ein Rückstellmoment auf das Bedienelement 1 ausüben kann und zudem das Bedienelement 1 mit einer bestimmten Rücklaufgeschwindigkeit antreiben bzw. drehen kann und/oder die momentane Rücklaufgeschwindigkeit gezielt (in Richtung auf die Soll-Rücklaufgeschwindigkeit) manipulieren kann.
Die Einrichtung 11 zum Überwachen kann grundsätzlich mit der Einrichtung 10 zum Erfassen oder der Einrichtung 12 zum Vorgeben kombiniert sein. Gemäß der Darstellung nach 1 ist Einrichtung 11 zum Überwachen beispielhaft mit der Einrichtung 12 zum Vorgeben kombiniert. Die Einrichtung 11 kann (alternativ) jedoch auch in einem anderen, ggf. separaten Steuergerät des Systems, insbesondere des Lenksystems 2 oder einer anderen Fahrzeugkomponente, wie zum Beispiel einem Fahrdynamik-Steuergerät integriert sein.
Die 2 bis 6 zeigen mögliche Beispiele zur Ausgestaltung des hier vorgeschlagenen Verfahrens zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes 1 zur manuellen Bedienung eines zumindest teilweise elektronischen Lenksystems 2 eines Fahrzeugs 3.
2 veranschaulicht in diesem Zusammenhang beispielsweise eine Möglichkeit zum Erfassen mindestens eines Fahrzeug-Parameters 4, der einen Rückschluss auf den momentanen fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs 3 erlaubt (Schritt a)). Beispielhaft erfolgt hierzu eine Berechnung des momentanen Radlenkwinkels 6. Der Radlenkwinkel 6 ist somit ein Beispiel für den Fahrzeug-Parameters 4, der einen Rückschluss auf den momentanen fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs 3 erlaubt. Der Radlenkwinkel 6 kann beispielsweise mittels einer Kennlinie 14 aus einer momentanen Zahnstangenposition 15 ermittelt werden. Alternativ oder kumulativ zu der Zahnstangenposition 15 kann eine Rotorlage eines (EPS-)Motors (des Radaktuators) und/oder eine sonstige Winkelinformation über die Ausrichtung der Räder 13 des Fahrzeugs 3 genutzt werden. 2 zeigt somit auch ein Beispiel dafür, dass und ggf. wie in Schritt a) zumindest der momentane Radlenkwinkel 6 erfasst werden kann.
Die 3 und 4 veranschaulichen eine Möglichkeit zum Überwachen zumindest eines in Schritt a) erfassten Fahrzeug-Parameters 4 oder eines damit ermittelten Fahrdynamik-Parameters 5 hinsichtlich des Vorliegens eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern (Schritt b)). Beispielhaft wird hierzu in Schritt b) eine Gierratendifferenz 7 aus einer Referenzgierrate 8 für einen stabilen Fahrzustand und der momentanen Gierrate 9 überwacht.
In diesem Zusammenhang ist in 3 eine beispielhafte Möglichkeit zur Berechnung der Referenzgierrate 8 für den stabilen Fahrzustand (d.h. ein Fahrzustand ohne Übersteuern oder Untersteuern) aus einem sogenannten Einspurmodell 16 gezeigt. Das Einspurmodell 16 berücksichtigt dabei den Radlenkwinkel 6 als ein Beispiel für den Fahrzeug-Parameter 4, die momentane Fahrzeug-Geschwindigkeit 17, eine charakteristische Geschwindigkeit 18 und den momentanen Abstand 19 zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und der Vorderachse. In diesem Zusammenhang repräsentieren die mit den Bezugszeichen 18 und 19 versehenen Blöcke insbesondere mathematische Systeme bzw. Gleichungen, die insbesondere vereinfacht das (fahrdynamische) Verhalten eines Fahrzeugs beschreiben können. Anschließend kann eine Berechnung der Gierratendifferenz 7 durch Subtraktion der momentanen (gemessenen) Gierrate 9 von der Referenzgierrate 8 erfolgen. Die momentane Gierrate 9 kann dabei grundsätzlich über eine entsprechende Sensorik des Fahrzeugs 3 gemessen werden. Die Gierratendifferenz 7 stellt in diesem Zusammenhang ein Beispiel für den Fahrdynamik-Parameter 5 dar.
In 4 ist eine beispielhafte Möglichkeit zur Erkennung der instabilen Fahrzustände Übersteuern und Untersteuern durch beispielsweise Vergleich der Vorzeichen und Abgleich mit Schwellwerten 20, 21 und 22 veranschaulicht. Dabei werden in der Regel ein unterer Grenzwert 20 für eine minimale Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Schwellenwert 21 für den Untersteuerfall und ein Schwellenwert 22 für den Übersteuerfall berücksichtigt. Der Grenzwert 20 repräsentiert insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit, oberhalb der die Funktion Signale ausgibt. Der Schwellenwert 21 repräsentiert insbesondere die Gierratendifferenz, ab der Untersteuern detektiert werden kann. Der Schwellenwert 22 repräsentiert insbesondere die Gierratendifferenz, ab der Übersteuern detektiert werden kann. Weiterhin werden gemäß der Darstellung nach 4 ein Untersteuer-Faktor 23 und/oder ein Übersteuer-Faktor 24 ermittelt bzw. berechnet. Der Untersteuer-Faktor 23 beschreibt insbesondere, dass die Sollgierrate größer ist als die Istgierrate. Somit bewegt sich das Fahrzeug um die Hochachse weniger als der Fahrerwunsch. Der Übersteuer-Faktor 24 beschreibt insbesondere, dass die Sollgierrate kleiner ist als die Istgierrate. Somit bewegt sich das Fahrzeug mehr als der Fahrerwunsch. 4 zeigt zudem, dass die (Größenordnung der) Fahrzeuggeschwindigkeit 17 und/oder der Gierrate 9 bzw. Gierratendifferenz 7 einen Einfluss auf die (Größenordnung der) des Untersteuer-Faktors 23 und/oder das Übersteuer-Faktors 24 haben kann.
Die 5 und 6 veranschaulichen eine Möglichkeit zum Vorgeben zumindest einer Soll-Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes 1 in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters 4 oder des Fahrdynamik-Parameters 5, wenn in Schritt b) das Vorliegen eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern erkannt wurde (Schritt c)).
In diesem Zusammenhang kann eine Addition der beiden Werte Untersteuer-Faktor 23 und Übersteuer-Faktor 24 zu einem Gesamt-(Fahrdynamik-)Faktor 25 erfolgen. Dessen Wert kann gemäß der beispielhaften Darstellung nach 5 mittels mindestens eines Vergleichswertes 26 auf einen Wertebereich von 0 bis 1 (null bis eins) normiert werden. Daraus ergibt sich ein normierter Fahrdynamik-Faktor 27.
Gemäß der Darstellung nach 6 können auf Basis des normierten Fahrdynamik-Faktors 27 ein Soll-Rückstellkraft-Faktor 30 und ein Soll-Rücklaufgeschwindigkeit-Faktor 31 gebildet werden, beispielsweise durch Gewichtung mit entsprechenden Gewichtungs-Faktoren 28, 29. Dies stellt ein Beispiel dafür dar, dass und ggf. wie zur Vorgabe zumindest der Soll-Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes 1 ein Faktor (hier der Soll-Rückstellkraft-Faktor 30 und der Soll-Rücklaufgeschwindigkeit-Faktor 31) in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters 4 oder des Fahrdynamik-Parameters 5 gebildet werden kann, mit dem die momentane Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes 1 manipuliert werden kann.
In 6 kann die Gewichtung der jeweiligen Signalanteile des normierten Fahrdynamik-Faktors 27 durch voneinander unabhängige Gewichtungs-Faktoren 28, 29 erfolgen. Dadurch können auch der Soll-Rückstellkraft-Faktor 30 und der Soll-Rücklaufgeschwindigkeit-Faktor 31 unabhängig voneinander ermittelt werden. Dies stellt ein Beispiel dafür dar, dass und ggf. wie in Schritt c) zumindest die Soll-Rücklaufgeschwindigkeit und eine Soll-Rückstellkraft des Bedienelementes 1 unabhängig voneinander vorgegeben werden können.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass ein Schwimmwinkel des Fahrzeugs 3 überwacht wird und dass das Vorgeben in Schritt c) beeinflusst wird, wenn der Schwimmwinkel einen bestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. In diesem Zusammenhang können zusätzlich ein Algorithmus zur Schwimmwinkelberechnung und eine darauf basierende Funktion zur Beeinflussung der ARS implementiert sein. In diesem Fall ist es sinnvoll, wenn die Schwimmwinkelfunktion insbesondere eine höhere Priorität als die hier beschriebene (Untersteuer-)Funktion hat. Beispielhaft können die ARS-Sollrückstellkraft und die ARS-Sollrücklaufgeschwindigkeit nicht mehr von den genannten Faktoren 25, 27, 30, 31 beeinflusst werden, wenn bzw. solange der Schwimmwinkel einen bestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet.
Somit können ein Verfahren zur aktiven Rückstellung sowie ein System zur aktiven Rückstellung angegeben werden, welche die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere können ein Verfahren zur aktiven Rückstellung sowie ein System zur aktiven Rückstellung angegeben werden, die insbesondere auch in fahrdynamischen Grenzebereichen eine Verbesserung des Lenkgefühls und/oder eine bessere Rückmeldung über den Fahrbahnzustand und/oder Kraftschluss am Rad erlauben.
Bezugszeichenliste

1: Bedienelement
2: Lenksystem
3: Fahrzeug
4: Fahrzeug-Parameter
5: Fahrdynamik-Parameter
6: Radlenkwinkel
7: Gierratendifferenz
8: Referenzgierrate
9: Gierrate
10: Einrichtung
11: Einrichtung
12: Einrichtung
13: Rad
14: Kennlinie
15: Zahnstangenposition
16: Einspurmodell
17: Fahrzeug-Geschwindigkeit
18: Geschwindigkeit
19: Abstand
20: Grenzwert
21: Schwellwert
22: Schwellwert
23: Untersteuer-Faktor
24: Übersteuer-Faktor
25: Gesamt-Faktor
26: Vergleichswert
27: Fahrdynamik-Faktor
28: Gewichtungs-Faktor
29: Gewichtungs-Faktor
30: Soll-Rückstellkraft-Faktor
31: Soll-Rücklaufgeschwindigkeit-Faktor
32: Zahnstange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007040064 A1 [0003]
DE 102011051963 A1 [0004]
DE 10248343 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes (1) zur manuellen Bedienung eines zumindest teilweise elektronischen Lenksystems (2) eines Fahrzeugs (3), gekennzeichnet durch zumindest folgende Schritte: a) Erfassen mindestens eines Fahrzeug-Parameters (4), der einen Rückschluss auf den momentanen fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs (3) erlaubt; b) Überwachen zumindest eines in Schritt a) erfassten Fahrzeug-Parameters (4) oder eines damit ermittelten Fahrdynamik-Parameters (5) hinsichtlich des Vorliegens eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern, c) Vorgeben zumindest einer Soll-Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes (1) in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters (4) oder des Fahrdynamik-Parameters (5), wenn in Schritt b) das Vorliegen eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern erkannt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt c) zumindest die Soll-Rücklaufgeschwindigkeit und eine Soll-Rückstellkraft des Bedienelementes (1) unabhängig voneinander vorgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt a) zumindest der momentane Radlenkwinkel (6) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) eine Gierratendifferenz (7) aus einer Referenzgierrate (8) für einen stabilen Fahrzustand und der momentanen Gierrate (9) überwacht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Vorgabe zumindest der Soll-Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes (1) ein Faktor in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters (4) oder des Fahrdynamik-Parameters (5) gebildet wird, mit dem die momentane Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes (1) manipuliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Schwimmwinkel des Fahrzeugs (3) überwacht wird und das Vorgeben in Schritt c) beeinflusst wird, wenn der Schwimmwinkel einen bestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Lenksystem (2) um ein Lenksystem der Steer-by-Wire-Bauart handelt.
System zur aktiven Rückstellung eines Bedienelementes (1) zur manuellen Bedienung eines zumindest teilweise elektronischen Lenksystems (2) eines Fahrzeugs (3), gekennzeichnet durch: • eine Einrichtung (10) zum Erfassen mindestens eines Fahrzeug-Parameters (4), der einen Rückschluss auf den momentanen fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs (3) erlaubt, • eine Einrichtung (11) zum Überwachen zumindest eines erfassten Fahrzeug-Parameters (4) oder eines damit ermittelten Fahrdynamik-Parameters (5) hinsichtlich des Vorliegens eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern, • eine Einrichtung (12) zum Vorgeben zumindest einer Soll-Rücklaufgeschwindigkeit des Bedienelementes (1) in Abhängigkeit zumindest des Fahrzeug-Parameters (4) oder des Fahrdynamik-Parameters (5), wenn das Vorliegen eines der fahrdynamischen Zustände Übersteuern oder Untersteuern erkannt wurde.
System nach Anspruch 8, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Fahrzeug (3) mit einem System nach Anspruch 8 oder 9.