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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuglenksystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuglenksystems. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug sein und insbesondere ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen. Das Fahrzeuglenksystem (hierin auch lediglich als Lenksystem oder Lenkung bezeichnet) ist vorzugsweise elektromechanisch.
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Typischerweise umfassen elektromechanische Lenkungen für Kraftfahrzeuge ein Steuergerät und einen elektrischen Servomotor, wobei das Steuergerät in Abhängigkeit von Eingangsgrößen eine Steuervorgabe den Servomotor berechnet. Eingangsgrößen sind beispielsweise ein Handdrehmoment (Handmoment) an einer Lenkhandhabe und die Fahrzeuggeschwindigkeit. Auch winkelbasierte Eingangsgrößen können vorgesehen, wie hierin noch erläutert. Eine weitere Eingangsgröße kann beispielsweise die Temperatur sein, um Reibung der Lenkung zu kompensieren.
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Der Servomotor erzeugt dann nach Maßgabe der erhaltenen Steuervorgabe ein motorisches Lenkmoment zum Auslenken von Fahrzeugrädern einer gemeinsamen Fahrzeugachse, typischerweise der Vorderachse. Das motorische Lenkmoment kann zum Beispiel auf dieselbe Lenkmechanik und/oder Mechanikkomponente einwirken, auf die auch ein vom Fahrer erzeugbares Handmoment einwirkt. Beispielsweise können beide der genannten Momente, vorzugsweise mittels getrennter Wellen, auf eine Zahnstange einwirken, deren Linearverschiebung in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder umsetzbar ist.
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Die Steuervorgaben des Steuergeräts können bekanntermaßen mittels verschiedener Lenkfunktionen erzeugt werden. Bei den Lenkfunktionen kann es sich zum Beispiel um Softwarekomponenten, Softwareapplikationen oder Softwaremodule handeln. Diese können nach Maßgabe erhaltener Eingangsgrößen und/oder Fahrzeugparametern jeweils Steuervorgaben zum Ansteuern des Elektromotors erzeugen. Die Lenkfunktion kann beispielsweise eine Fahrerassistenzfunktion, eine Rückstellfunktion oder eine allgemeine Lenkunterstützungsfunktion sein (zum Erzeugen allgemeiner Servomomente zur Fahrerunterstützung bei gewünschten Lenkbewegungen).
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Wird mittels einer solchen Lenkfunktion ein zu erzeugendes Motormoment oder eine Momentenempfehlung bestimmt und erzeugt der Fahrer gleichzeitig mittels einer Lenkhandhabe (zum Beispiel einem Lenkrad) manuell ein Handmoment, kann ein sogenanntes Handmomentenoffset ausgegeben werden. Dieser kann der Momentenempfehlung entsprechen oder basierend auf dieser ermittelt werden. Das Handmomentenoffset kann auf das Handmoment (vorzeichenbehaftet) aufaddiert werden und der verbleibenden Wert kann auf eine Kennlinie (z.B. der Lenkfunktion) gegeben werden, um ein tatsächlich zu erzeugendes Motormoment zu ermitteln und zu stellen. Aus Sicht des Fahrers ist dieses Motormoment haptisch als ein verändertes Lenkgefühl wahrnehmbar.
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Insbesondere entspricht das Handmomentenoffset also der Differenz (oder resultiert in der Differenz) zwischen dem Handmoment, das mit dem Fahrerassistenzeingriff entsteht bzw. als an der Zahnstange lenk-wirksamer Momentenanteil verbleibt, und dem Handmoment, das ohne einen entsprechenden Fahrerassistenzeingriff entstehen bzw. als lenk-wirksamer Momentenanteil an der Zahnstange verbleiben würde.
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Eine wichtige Zielgröße beim Auslegen von Fahrzeuglenksystemen mit elektromotorischer Momentenerzeugung ist das Lenkgefühl aus Sicht des Fahrers. Dieses sollte stets als angemessen für eine aktuelle Fahrsituation empfunden werden. Insbesondere sollte der Fahrer von Lenkfunktionen erzeugte Motormomente, die über die mechanische Kopplung an der Lenkhandhabe haptisch erfassbar und/oder als ein Gegenmoment wahrnehmbar sein können, nicht als störend oder unnatürlich empfinden.
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Es existieren Ansätze zum Erzeugen eines natürlichen Lenkgefühls, die das Handmomentenoffset beim Erzeugen von Motormomenten durch eine Lenkfunktion berücksichtigen. Beispielhaft wird hierzu verwiesen auf die
DE 10 2007 011 275 B4 , bei der als Lenkfunktion ein sogenannter Spurhalteassistent (oder auch Spurhaltefunktion) das Handmomentenoffset berücksichtigt. Der Spurhalteassistent ist dazu eingerichtet, das Fahrzeug durch geeignete Lenkwinkelanpassungen in einem Toleranzbereich entlang einer Soll-Fahrspur zu halten, beispielsweise durch rechtzeitiges fahrerunabhängiges Erzeugen von Lenkmomenten.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass im Realbetrieb von Fahrzeugen nach wie vor nicht immer ein gewünschtes Lenkgefühl erzielbar ist. Weiter kann bisher nicht mit jeder Lenkfunktion und insbesondere mit einer Lenkunterstützungsfunktion stets ein gewünschtes Lenkgefühl erzielt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Lenkgefühl von Fahrzeuglenksystemen, die einen ein Lenkmoment erzeugenden Elektromotor aufweisen, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Es versteht sich, dass sämtliche der vorstehenden Ausführungen und Merkmale auch auf die vorliegende Lösung zutreffen bzw. bei dieser vorgesehen sein können, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Verbesserung des Lenkgefühls vor allem dann erzielbar ist, wenn nicht lediglich eine einzelne Lenkfunktion Steuervorgaben bzw. von dieser Lenkfunktion verursachte Motormomente unter Berücksichtigung eines Handlenkmomentenoffsets ermittelt und/oder anpasst. Stattdessen schlägt die Erfindung vor, dass wenigstens zwei Lenkfunktionen ein Handmomentoffset berücksichtigen. Vorzugsweise gilt dies für sämtliche Lenkfunktionen des Lenksystems, die Steuervorgaben zur Motormomentenerzeugung anhand eines Handmoments erzeugen. Diese berücksichtigen erfindungsgemäß vorzugsweise auch noch jeweils ein (insbesondere funktionsspezifisches) Handmomentenoffset und ermitteln dieses bevorzugt auch jeweils selbst. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zumindest eine Lenkfunktion ein Handmomentenoffset erhält und berücksichtigt, das von einer anderen Lenkfunktion ermittelt wurde.
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Allgemein kann das Berücksichtigen des Handmomentenoffsets derart erfolgen, dass dieses (insbesondere unter Berücksichtigung von dessen Vorzeichen) zu einem anliegenden Handmoment hinzuaddiert wird. Andererseits werden nachstehend auch Lenkfunktionen genannt, bei denen das Handmomentenoffset bevorzugt nicht zu berücksichtigen ist.
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Durch dieses umfassende Berücksichtigen von Handmomentenoffsets ist gewährleistet, dass die hierdurch abgebildete Wechselwirkung (insbesondere ein Entgegenwirken von Handmoment und fahrerunabhängig erzeugten Motormomenten) beim Erzeugen von Steuervorgaben durch die Lenkfunktion berücksichtigt wird, was zu einem natürlicheren Lenkgefühl führt.
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Insbesondere wird ein Fahrzeuglenksystem vorgeschlagen, vorzugsweise ein elektromagnetisches Fahrzeuglenksystem, mit:
- - wenigstens einem Elektromotor (oder auch Servomotor) zum Erzeugen eines Lenkmoments (hierin auch als Motormoment bezeichnet und/oder allgemein als ein fahrerunabhängig erzeugtes Lenkmoment);
- - eine Lenkhandhabe z.B. in Form eines Lenkrads, mittels der vom Fahrer ein Handmoment vorgebbar (und insbesondere erzeugbar und/oder über eine mechanische Kopplung auf eine Zahnstange und anderweitig mit Fahrzeugrädern gekoppelte mechanische Komponenten aufbringbar ist); und
- - einem (einteiligen oder mehrteiligen) Steuergerät, das eine erste Lenkfunktion und wenigstens eine weitere Lenkfunktion aufweist;
wobei die erste und die weitere Lenkfunktion jeweils dazu eingerichtet sind, eine Steuervorgabe zum Ansteuern des Elektromotors zu erzeugen und/oder auszugeben;
wobei die erste und die weitere Lenkfunktion jeweils dazu eingerichtet sind, die Steuervorgabe unter Berücksichtigung eines (bevorzugt funktionsspezifischen) Handmomentenoffsets zu erzeugen.
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Das Steuergerät kann mehrere Untergeräte umfassen, die verteilt im Fahrzeug angeordnet sind. Es kann sich aber auch um ein baulich integriertes Gerät handeln, das z.B. im Sinne eines Einzelmoduls im Fahrzeug anordenbar ist. Das Steuergerät kann wenigstens einen Prozessor und wenigstens eine Speichereinrichtung umfassen. Auf der Speichereinrichtung können die Lenkfunktionen als vom Prozessor ausführbare Softwareapplikationen, Softwareprogramme oder allgemein als Programmcode hinterlegt sein. Wenn die Funktionen ausgeführt werden, kann das Steuergerät die hierin geschilderten Funktionen bereitstellen und/oder Maßnahmen veranlassen.
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Das Handmoment kann sensorisch erfasst werden. Beispielsweise kann die Lenkhandhabe mit einer Welle gekoppelt sein, die mit den vorstehend geschilderten mechanischen Komponenten des Fahrzeuglenksystems gekoppelt sein kann (insbesondere mit einer Zahnstange). Diese Eingangswelle kann mit einem Momentensensor zum Messen des vom Fahrer ausgeübten Handmoments zusammenwirken.
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Prinzipiell können die erste und die weitere Lenkfunktion z.B. mittels eines ersten Algorithmus jeweils eine Momentenvorgabe ermitteln. Diese kann die Steuervorgabe sein bzw. dieser entsprechen. Die von jeder Lenkfunktion ermittelten Steuervorgaben können aufsummiert werden. Es können auch zunächst jeweilige Steuervorgaben in Form von Momentenvorgaben ausgegeben und aufsummiert werden, um aus den erhaltenen Werten eine Gesamt-Steuervorgabe zu ermitteln.
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Die Steuervorgabe kann allgemein dazu eingerichtet sein, den Elektromotor derart zu betreiben, dass ein gewünschtes Lenkmoment hiervon erzeugt wird. Hierfür kann die Steuervorgabe z.B. auf eine Leistungselektronik des Elektromotors einwirken und/oder die vom Elektromotor beziehbare elektrische Leistung regulieren. W
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Die Lenkfunktionen können jeweils dazu eingerichtet sein, das Handmomentenoffset als einen Vorgabewert z.B. gemeinsam mit einem gemessenen Handmoment zu ermitteln oder zu erhalten. Insbesondere können sie eine Steuervorgabe in Abhängigkeit des Handmomentenoffsets und bevorzugt auch des Handmoments erzeugen. Beispielsweise kann jegliche hierin geschilderte Steuervorgabe durch die Lenkfunktion unter zumindest mittelbarer Berücksichtigung des Handmoments bestimmt werden, z.B. durch Verwenden von Kennlinien, Gleichungen, Wertetabellen oder dergleichen. Zum Erzeugen der Steuervorgabe wird bevorzugt das Handmoment anhand des Handmomentenoffsets modifiziert (z.B. durch Aufaddieren des Handmomentenoffsets auf das Handmoment) und wird aus dem entsprechenden modifizierten Wert dann eine Momentenvorgabe ermittelt (beispielsweise wiederum per Kennlinie oder dergleichen). Diese Momentenvorgabe kann die Steuervorgabe bilden bzw. Grundlage des Erzeugens und Ausgebens der Steuervorgabe sein.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die erste Lenkfunktion eine Lenkunterstützungsfunktion ist, welche die Steuervorgabe auch nach Maßgabe des Handmoments ermittelt. Die Lenkunterstützungsfunktion kann in bekannter Weise dazu dienen, den Fahrer beim Erzeugen eines Handmoments in die Wirkrichtung des Handmoments zu unterstützen (d.h. typischerweise ein gleichwirkendes bzw. gleichgerichtetes fahrerunabhängiges Lenkmoment zu erzeugen). Auf diese Weise kann der Fahrer davon entlastet werden, sämtliche erforderlichen Kräfte zum Verändern eines Radlenkwinkels selbst aufzubringen.
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Insbesondere kann die Steuervorgabe der Lenkunterstützungsfunktion anhand einer Kennlinie ermittelt werden, die z.B. geschwindigkeitsabhängig ausgewählt wird. Beispielsweise kann die Lenkunterstützungsfunktion das Handmoment als eine Eingangsgröße erhalten und darauf basierend (insbesondere durch Auslesen der Kennlinie) eine Momentenvorgabe ermitteln, die der Steuervorgabe entspricht oder Grundlage von deren Ermittlung bildet.
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Weiter kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Lenkunterstützungsfunktion das Handmomentenoffset zum Ermitteln einer im Lenksystem wirksamen Zusatzkraft berücksichtigt. Insbesondere kann eine vorstehend erläuterte Momentenvorgabe als initiale Momentenvorgabe nach Maßgabe des Handmoments ermittelt werden, z.B. als ein initialer Momentenvorgabewert mittels einer handmomentenabhängigen Kennlinie bestimmt werden. Anschließend kann diese Momentenvorgabe jedoch unter Berücksichtigung des Handmomentenoffsets modifiziert werden und kann erst anschließend die Steuervorgabe (aufbauend auf dieser Modifikation und somit zumindest mittelbar abhängig vom Handmomentenoffset) erzeugt und ausgegeben werden. Das Handmomentenoffset kann aber auch mit dem Handmoment verrechnet werden, um direkt eine geeignete Momentenvorgabe und/oder Steuervorgabe zu ermitteln. Das tatsächlich von der Lenkunterstützungsfunktion erzeugte motorische Lenkmoment wird also jeweils durch Berücksichtigen des Handmomentenoffsets modifiziert bzw. als eine Funktion des Handmomentenoffsets erzeugt.
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Wie geschildert, kann dabei anhand des Handmomentenoffsets eine Zusatzkraft ermittelt werden. Diese kann die vom Fahrer erzeugte im Lenksystem wirksame mechanische Kraft abbilden oder dieser entsprechen. Insbesondere kann es sich um diejenige Kraft handeln, die der Fahrer auf eine Zahnstange des Lenksystems aufbringt und/oder die von der Zahnstange dann zum Auslenken von Fahrzeugrädern aufbringbar bzw. weitergebbar ist.
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Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass bei Aufbringen eines Handmoments auch diese Zusatzkraft im Lenksystem wirksam ist und somit das Lenkgefühl beeinflusst. Bei vorbekannten Lösungen erfolgt, wenn überhaupt, eine Berücksichtigung des Handmomentenoffsets in direkterer Weise, z.B. um darauf basierend Eingangsgrößen zu modifizieren und insbesondere ein Handmoment vor dem Aufgeben auf eine Kennlinie darauf basierend anzupassen. Nicht berücksichtigt wird aber, dass sich das Handmoment und vor allem das tatsächlich wirksame Handmomentenoffset im Lenksystem in einer entsprechenden haptisch erfassbaren Zusatzkraft niederschlägt.
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Vorzugsweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zusatzkraft unter Berücksichtigung eines mechanischen Übersetzungsverhältnisses des Lenksystems ermittelt wird. Hierbei kann es sich um das Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkhandhabe und Zahnstange und/oder einer mit der Lenkhandhabe gekoppelten Welle und der mit dieser Welle gekoppelten Zahnstange handeln. Allgemein kann es sich also um ein Übersetzungsverhältnis zwischen wenigstens einer mechanischen Komponente handeln, die durch das Handmoment betätigbar und bevorzugt steif hiermit gekoppelt ist, und wenigstens einer weiteren mechanischen Komponente, die durch die erstgenannte Komponente auslenkbar bzw. mit dieser gekoppelt ist (insbesondere einer Zahnstange).
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Zusätzlich oder alternativ kann die Zusatzkraft unter Berücksichtigung eines mechanischen Wirkungsgrades des Lenksystems ermittelt werden. Mit dem Wirkungsgrad können experimentell oder anhand von Erfahrungswerten ermittelte Verluste, insbesondere Reibungsverluste, innerhalb des Lenksystems berücksichtigt werden.
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Sowohl das Übersetzungsverhältnis als auch der Wirkungsgrad ermöglichen, dass die Zusatzkraft möglichst präzise ermittelbar ist bzw. eine tatsächlich im Lenksystem wirksame Kraft realitätsnah abbildet.
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Vorzugsweise ist in diesem Zusammenhang ferner vorgesehen, dass das Vorzeichen der Zusatzkraft dem Vorzeichen des Handmomentenoffsets entspricht.
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Wie bereits geschildert, kann insbesondere im Rahmen der Lenkunterstützungsfunktion (aber auch allgemein bei jeglicher Lenkfunktion) die Steuervorgabe auf Basis einer Kennlinie ermittelt werden. Die Kennlinie und/oder anhand der Kennlinie ermittelte Werte (d.h. Steuer- oder Momentenvorgabewerte) können dann auf Basis des Handmomentenoffsets zum Ermitteln der Steuervorgabe angepasst werden, was auch mittelbar durch Modifizieren des Handmoments als Eingangsgröße der Kennlinie durch das Handmomentenoffset erfolgen kann. Statt einer Kennlinie könnten auch jegliche der vorstehend erwähnten Alternativen verwendet werden, z.B. Wertetabellen oder Gleichungen, und könnten hiermit ermittelte Werte in analoger Weise angepasst werden.
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Bevorzugt handelt es sich bei der weiteren Lenkfunktion um eine Rückstellfunktion. Diese kann dazu eingerichtet sein, Lenkmomente zum Rückstellen der Lenkhandhabe in eine vorbestimmte Neutralstellung zu erzeugen (typischerweise in eine Stellung, die eine Geradeausfahrt bewirkt). Ebenso kann es sich bei weiteren Lenkfunktion (oder eine zusätzliche noch weitere Lenkfunktion) um eine Fahrerassistenzfunktion handeln, insbesondere um einen Spurhalteassistent. Diese Lenkfunktion wurde vorstehend bereits diskutiert. Selbstverständlich können auch sowohl eine Rückstellfunktion als auch eine Fahrerassistenzfunktion als weitere Lenkfunktionen vorgesehen sein.
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Allgemein kann bei der weiteren Lenkfunktion das Handmoment auf Basis des Handmomentenoffsets angepasst werden und die Steuervorgabe kann anhand des angepassten Handmoments ermittelt werden. Insbesondere kann mittels des angepassten Handmoments eine Momentenvorgabe ermittelt werden, die dann durch die Steuervorgabe umgesetzt werden soll.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens noch eine weitere (dritte) Lenkfunktion vorgesehen. Diese kann dazu eingerichtet sein, Steuervorgaben für den Elektromotor ohne Berücksichtigung des Handmomentenoffsets zu ermitteln, aber beispielsweise durch Berücksichtigung eines nicht-modifizierten Handmoments. Gemäß dieser Ausführungsform können also Lenkfunktionen von der Berücksichtigung des Handmomentenoffsets ausgenommen werden, beispielsweise wenn dies das Lenkgefühl verschlechtern oder aber die Betriebssicherheit des Lenksystems gefährden würde.
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Insbesondere kann es sich bei dieser noch weiteren Lenkfunktion um eine Lenkfunktion handeln, die das Handmoment als einen Schwellenwert nutzt, z.B. als einen Aktivierungsschwellenwert (oder Deaktivierungsschwellenwert). Ein Beispiel hierfür ist ein sogenannter Parklenkassistent, der im Rahmen fahrerautonomer Parkvorgänge Lenkmomente erzeugt. In diesem Fall kann ein Handmoment bei Überschreiten oder Unterschreiten des Schwellenwerts zu einer Aktivierung oder Deaktivierung des Parklenkassistenten oder allgemein der Lenkfunktion führen. Würde man in diesem Fall das zugrunde gelegte Handmoment durch das Handmomentenoffset anpassen, könnte sich der Schwellenwert sicherheitskritisch verschieben.
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Ebenso kann die nicht-Berücksichtigung des Handmomentenoffsets bei einer Lenkfunktion vorgesehen sein, die von Änderungen des Handmoments abhängig ist. Anders ausgedrückt kann dies auf Lenkfunktionen zutreffen, deren Momentenvorgaben und/oder Steuervorgaben anhand von Änderungen des Handmoments ermittelt werden, z.B. anhand einer zeitlichen Änderung. Dies gilt insbesondere für Lenkfunktionen, bei denen abgeleitete und/oder differenzierte Werte des Handmoments berücksichtigt werden. Ein Beispiel hierfür sind Lenkfunktionen mit einem Regler, der wenigstens ein Differenzialglied umfasst, wobei dieses Differenzialglied das Handmoment als zu differenzierende Eingangsgröße erhalten kann. Auch in diesem Fall könnte eine Anpassung des Handmoments auf Basis des Handmomentenoffsets zu einer ungewollten Verfälschung der zugrunde gelegten Änderungswerte führen und somit den Lenkkomfort oder aber die Betriebssicherheit gefährden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuglenksystems, wobei das Fahrzeuglenksystem aufweist:
- - wenigstens einen Elektromotor zum Erzeugen eines Lenkmoments;
- - eine Lenkhandhabe, mittels der vom Fahrer ein Handmoment vorgebbar ist; und
wobei das Verfahren aufweist:
- - Ermitteln eines Handmomentenoffsets (bevorzugt jeweils mit einer ersten und mit einer zweiten Lenkfunktion);
- - Erzeugen, mittels beider Lenkfunktionen und unter jeweiligem Berücksichtigen des Handmomentenoffsets, einer Steuervorgabe zum Ansteuern des Elektromotors.
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Das Verfahren kann jegliches weitere Merkmal umfassen, um sämtliche der vorstehend geschilderten Betriebszustände, Funktionen und Effekte eines erfindungsgemäßen Lenksystems bereitzustellen. Insbesondere kann das Verfahren von einem Lenksystem gemäß jeglichen hierin offenbarten Aspekt ausgeführt werden. Sämtliche der vorstehenden Ausführungen zu und Weiterbildungen von Merkmalen des Lenksystems können auch auf das Verfahren und die dortigen gleichlautenden Merkmale zutreffen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeuglenksystem, mit:
- - wenigstens einem Elektromotor zum Erzeugen eines Lenkmoments;
- - einer Lenkhandhabe, mittels der vom Fahrer ein Handmoment vorgebbar ist; und
- - einem Steuergerät, das eine Lenkunterstützungsfunktion aufweist (z.B. als erste Lenkfunktion der hierin geschilderten Art);
wobei die Lenkunterstützungsfunktion dazu eingerichtet ist:
- - auf Basis eines (erhaltenen oder bevorzugt selbst ermittelten, d.h. funktionsspezifischen) Handmomentenoffsets eine im Lenksystem wirksame Zusatzkraft zu ermitteln und unter Berücksichtigung dieser Zusatzkraft eine Steuervorgabe zum Ansteuern des Elektromotors zu erzeugen.
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Jegliche der vorstehenden Ausführungen zu und Weiterbildungen von einem Fahrzeuglenksystem können auch auf das Fahrzeuglenksystem des vorangehenden Aspektes zutreffen. Dies betrifft insbesondere die Ausführungsformen bezüglich einer Lenkunterstützungsfunktion als erste Lenkfunktion sowie sämtliche Aspekte betreffend die Zusatzkraft. Eine zweite Lenkunterstützungsfunktion der vorstehend geschilderten Art ist im Zusammenhang mit der Zusatzkraft rein optional.
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Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuglenksystems, wobei das Fahrzeuglenksystem aufweist:
- - wenigstens einen Elektromotor zum Erzeugen eines Lenkmoments;
- - eine Lenkhandhabe, mittels der vom Fahrer ein Handmoment vorgebbar ist; und
- - wobei das Verfahren aufweist:
- - Ermitteln einer im Lenksystem wirksamen Zusatzkraft auf Basis eines (erhaltenen oder selbst ermittelten Handmomentenoffsets);
- - Erzeugen, unter Berücksichtigung des Handmomentenoffsets, einer Steuervorgabe zum Ansteuern des Elektromotors.
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Auch für das Verfahren gilt, dass sämtliche der vorangehenden und nachstehenden Aspekte betreffend eine Lenkunterstützungsfunktion und/oder Zusatzkraft ebenfalls vorgesehen sein können. Insbesondere können sämtliche Ausführungen zu und Weiterbildungen von gleichlautenden Merkmalen auch im Rahmen des genannten Verfahrens vorgesehen sein.
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Wie geschildert, hat sich gezeigt, dass das Berücksichtigen der im Lenksystem tatsächlich wirksamen Zusatzkraft im Rahmen einer Lenkunterstützungsfunktion ebenfalls zu Verbesserungen des Lenkgefühls führt, insbesondere im Vergleich zu existierenden Len kunterstützu ngsfu nktionen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine Übersichtsdarstellung eines Fahrzeuglenksystems gemäß einer Ausführungsform, wobei das Fahrzeuglenksystem beispielhafte erfindungsgemäße Verfahren ausführt;
- 2A-2B Ablaufschemata der ausgeführten Verfahren; und
- 3A-3D Unterstützungskennlinien von einer Lenkunterstützungsfunktion des Fahrzeuglenksystems aus 1, die gemäß einer erfindungsgemäßen beispielhaften Variante angepasst werden.
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In 1 ist ein Fahrzeuglenksystem 10 gemäß einer schematischen Ansicht gezeigt, dass von einem ansonsten nicht weiter dargestellten Fahrzeug 1 umfasst ist. Es umfasst eine Lenkhandhabe 12 in Form eines Lenkrads. Dieses ist über eine Lenkstange 14 (die eine Welle bildet) mit einer Zahnstange 16 gekoppelt, sodass eine Rotation der Lenkhandhabe 12 in eine lineare Verschiebung (in 1 von links nach rechts) der Zahnstange 16 umsetzbar ist. Ein vom Fahrer über die Lenkhandhabe 12 und Lenkstange 14 auf die Zahnstange 16 aufgebrachtes Moment wird als Handmoment HM bezeichnet.
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Auf die Zahnstange 16 wirkt auch ein Elektromotor (elektrischer Servomotor) 18 über eine stark vereinfacht dargestellte mechanische Kopplung 20 ein. Eine Rotation einer Ausgangswelle des Servomotors 18 wird mittels der Kopplung 20 in eine lineare Verschiebung der Zahnstange 16 umgesetzt. Ein vom Elektromotor 18 erzeugtes und auf die Zahnstange 16 einwirkendes Moment wird als Motormoment MM bezeichnet.
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Die Zahnstange 16 ist mit zwei Fahrzeugrädern 22 einer Vorderachse des Fahrzeugs 1 mechanisch gekoppelt. In bekannter Weise erfolgt die Kopplung derart, dass eine lineare Verschiebung der Zahnstange 16 in Rotationen der Fahrzeugräder 22 um eine in 1 vertikale Achse resultiert. Auf diese Weise können Lenkwinkel des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeugräder 22 eingestellt werden.
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Das Lenksystem 10 umfasst auch ein elektronisch und/oder digital betriebenes Steuergerät 24. Als ein allgemeiner und nicht auf die Details des Ausführungsbeispiels beschränkter Aspekt kann dieses Steuergerät 24 einteilig oder mehrteilig sein. In letzterem Fall kann es sich um eine verteilte Anordnung von Einzel-Steuergeräten oder Einzel-Steuerkomponenten handeln, die vorzugsweise miteinander kommunizieren, und als ein übergeordnetes Steuergerät 24 zusammenfassbar sind bzw. ein solches bilden.
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Das Steuergerät 24 umfasst beispielhaft eine Speichereinrichtung 26 und eine Prozessoreinrichtung 28. Die Prozesseinrichtung 28 ist dazu eingerichtet, in der Speichereinrichtung 26 hinterlegte Softwarekomponenten bzw. Softwarefunktionen auszuführen. Bei diesen handelt es sich um vorliegend um Lenkfunktionen. Beispielhaft ist als eine erste Lenkfunktion eine Lenkunterstützungsfunktionen 32 vorgesehen und als eine weitere Funktion 34 eine Rückstellfunktion.
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Beide der Lenkfunktion 32, 34 sind dazu eingerichtet, Steuervorgaben (zum Beispiel in Form von Steuersignalen) zu generieren, die von dem Steuergerät 24 mittels einer Signalverbindung 36 (zum Beispiel einem CAN-Bus) zum Ansteuern des Servomotors 18 an eben diesen ausgebbar sind.
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Als Eingangssignal erhält das Steuergerät 24 und genauer gesagt jede der Lenkfunktionen 32, 34 optional eine Fahrzeuggeschwindigkeit V, die zum Beispiel von einem nicht dargestellten Sensor erfasst wird.
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Als ein weiteres Eingangssignal erhält das Steuergerät 24 und genauer gesagt jede der Lenkfunktionen 32, 34 das Handmoment HM. Dieses kann mittels eines Momentensensors 13 ermittelt werden, der ein an der Lenkhandhabe 12 wirksames Moment ermittelt.
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Das Steuergerät 24 ist allgemein dazu eingerichtet, die Lenkunterstützungsfunktion 32 und die Rückstellfunktion 34 selektiv zu aktivieren (zum Beispiel je nach vorliegender Fahrsituation und/oder anhand im Stand der Technik bekannten Regeln). Diese können daraufhin den Servomotor 18 zum Erzeugen gewünschter Lenkmomente bzw. Motormomente MM ansteuern.
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Im vorliegenden Fall ermitteln beide der Lenkfunktionen 32, 34 zum Beispiel anhand von Kennlinien (siehe im Fall der Lenkunterstützungsfunktionen 32 die nachstehenden 3A-D) jeweils eine Momentenvorgabe zur Umsetzung durch den Elektromotor 18. Diese sind jeweils Steuervorgaben S der Lenkfunktionen 32, 34. Die Momentenvorgaben werden aufaddiert, um daraus eine Gesamt-Vorgabe zu bestimmen.
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Wie nachstehend erläutert, ermitteln beide der Lenkfunktionen 32, 34 (und ermittelt somit das Steuergerät 24) ein Handmomentenoffset HOFF (siehe 2A, 2B). Alternativ kann das Handmomentenoffset HOFF auch an die Lenkfunktionen übermittelt, d.h. extern ermittelt werden. Bevorzugt kann das Handmomentenoffset HOFF lediglich dann ermittelt werden, wenn ein von null verschiedenes Handmoment HM ermittelt wird. Das Handmomentenoffset HOFF wird z.B. als eine oder basierend auf einer Lenkempfehlung einer Lenkfunktion 32. 34 ermittelt.
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Bei jeder Lenkfunktion 32, 34 wird anschließend ein anliegendes Handmoment HM auf Basis des Handmomentenoffsets HOFF modifiziert (z.B. durch Aufaddieren auf das Handmoment HM). Darauf basierend kann eine Momentenvorgabe MV ermittelt werden. Allgemein kann jegliche hierin geschilderte Modifikation auch ein Ersetzen eines initialen Werts durch einen neu ermittelten Wert umfassen.
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In 2 ist das vorstehende Vorgehen beispielhaft für die Lenkunterstützungsfunktion 32 als ein Ablaufschema dargestellt. Die gezeigte Schrittfolge ist lediglich beispielhaft. Zumindest einzelne der Schritte könnten auch gleichzeitig oder in abweichender Reihenfolge ausgeführt werden.
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Im Schritt S1 wird das Handmomentenoffset HOFF ermittelt. Weiter wird das Handmoment HM erhalten.
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In einem Schritt S2 verwendet die Lenkunterstützungsfunktionen 32 (und verwenden bevorzugt auch andere Lenkfunktionen) das Handmomentenoffset HOFF und das Handmoment HM, um anhand nachstehend erläuterter Kennlinien der 3A-3D eine Momentenvorgabe MV zu ermitteln. Insbesondere erfolgt darauf basierend eine nachstehend geschilderte Modifikation bzw. Verschiebung von Kennlinien ( sh. von 100 zu 104 in 3B/C). In einem Schritt S3 wird das Handmomentenoffset HOFF verwendet, um eine Zusatzkraft Z zu ermitteln, die analog zur gezeigten Zahnstangenkraft FZ wirkt.
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Die Zusatzkraft Z wird als Produkt des Handmomentenoffsets HOFF und wenigstens einem von einem mechanischen Wirkungsgrad, der den Wirkungsgrad der Kraftübertragungen im Fahrzeuglenksystem 10 betrifft (insbesondere zum Berücksichtigen von Reibungsverlusten zwischen Zahnstange 16 und Lenkstange 14), und einem Übersetzungsverhältnis von Handmoment HM und einer Zahnstangenkraft FZ ermittelt. Das Übersetzungsverhältnis kann aus dem Eingriff von Lenkstange 14 und Zahnstange 16 bestimmt werden.
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In einem Schritt S4 wird die anfängliche Momentenvorgabe MV anhand der Zusatzkraft Z (und somit mittelbar anhand des Handmomentenoffsets HOFF) geändert und/oder ersetzt (also modifiziert). Vorzugsweise wird die Zusatzkraft Z hierfür auf die anfängliche Momentenvorgabe MV aufaddiert, wobei dies unter Berücksichtigung von Vorzeichen dieser Größen Z, MV erfolgen kann. Wie nachstehend noch erläutert, ist es dem Fachmann geläufig, in Kenntnis bekannter Übersetzungsverhältnisse im Lenksystem 10 Momente und Kräfte ineinander umzurechnen. Die modifizierte Momentenvorgabe MV entspricht einer Steuervorgabe S der Lenkfunktion 32.
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Diese wird an den Servomotor 18 ausgegeben, damit dieser ein der Momentenvorgabe MV entsprechendes Motormoment MM erzeugt. Bevorzugt geben eine Mehrzahl von Lenkfunktionen entsprechende Steuervorgaben S aus oder werden deren Momentvorgaben MV bzw. einzelne Steuervorgaben S aufsummiert, um darauf basierend eine Art kumulierte Steuervorgabe S zu erzeugen. Das Motormoment MM wird dann entsprechend vom Motor 18 gestellt.
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Über die Zahnstange 16 wirkt das Motormoment MM zumindest mittelbar auch auf die Lenkhandhabe 12 ein bzw. ist dort haptisch vom Fahrer erfassbar. Somit beeinflusst es auch das Lenkgefühl, vorliegend aber vorteilhaft durch Einfließen des Handmomentenoffsets HOFF und darauf basierendes Ermitteln der Zusatzkraft Z.
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Lediglich beispielhaft ist für die Rückstellfunktion 34 in 2B ein analoges Vorgehen gezeigt. In einem Schritt S 1 wird ein Handmomentenoffset HOFF ermittelt und das Handmoment HM vom Lenksystem erhalten. Es wird dann im Schritt S2 zum Beispiel eine konstante oder von einer aktuellen Winkeldifferenz der Lenkhandhabe 12 zu einer bevorzugten Neutralstellung abhängige Momentenvorgabe MV ermittelt. Die Momentenvorgabe MV wird im Schritt S3 anschließend anhand des Handmomentenoffsets HOFF und genauer gesagt der Summe aus Handmoment HM und Handmomentenoffset HOFF modifiziert. Darauf basierend wird die Steuervorgabe S ausgegeben.
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Es versteht sich, dass auch noch beliebige weitere Lenkfunktionen 32, 34 vorgesehen sein können. Vorteilhaft bei der gezeigten Lösung ist, dass der Einfluss eines Handmomentenoffsets HOFF von jeder Lenkfunktion 32, 34 berücksichtigt und somit das Lenkgefühl in verschiedenen Fahrsituation verbessert wird.
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In den 3A-3D sind Kennlinien der Lenkunterstützungsfunktion 32 gezeigt, anhand derer diese lenkunterstützend wirkende Momentenvorgabe MV als deren Steuervorgabe S ermittelt. Genauer gesagt und wie nachfolgend erläutert, ist dabei gezeigt, wie diese Momentenvorgabe MV erfindungsgemäß unter Ermitteln der Zusatzkraft Z zum Verbessern des Lenkgefühls modifiziert wird. Jede der 3A-D zeigen dabei eine an der Zahnstange 16 wirksame zu erzeugende Unterstützungskraft FU, die aus einer Momentenvorgabe MV resultiert bzw. aus einem zu erzeugenden Lenkunterstützungsmoment. Die Unterstützungskraft FU wird in Abhängigkeit des Handmoments HM per Kennlinie definiert ist und anhand dieser bestimmt wird.
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Es versteht sich, dass die Momentenvorgabe MV in Kenntnis des Übersetzungsverhältnisses zwischen Welle 20 und Zahnstange 16 auch in eine analoge Zahnstangenkraft FZ unberechenbar ist und umgekehrt. Sofern hierin Momenten und Kräfte verglichen oder verrechnet werden, versteht es sich, dass dies entsprechende Umrechnungen anhand des Übersetzungsverhältnisses umfassen oder voraussetzen kann.
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Die 3A-3D beruhen auf einem beispielhaften Fall, bei dem ein vom Fahrer erzeugtes Handmoment HM in die gleiche Richtung wie ein Lenkunterstützungsmoment wirkt.
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3A zeigt eine erste Kennlinie 100, bei der sich um eine gewöhnliche und vorzugsweise geschwindigkeitsabhängig ausgewählte Kennlinie handelt. Theoretisch wird je aufgebrachtem Handmoment HM die im Lenksystem 10 per Motormoment zu erzeugende Kraft (Unterstützungskraft FU) anhand dieser Kennlinie 100 bestimmt.
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Die darüber eingetragene Kennlinie 102 berücksichtigt hingegen, dass aufgrund der erwähnten Zusatzkraft Z bei einem aufgebrachten Handmoment HM tatsächlich andere Kräfte im Lenksystem wirken, sodass für dasselbe Handmoment HM stärkere im Lenksystem 10 wirksame Momenten bzw. Zahnstangenkräfte FZ erhalten werden.
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Um dies zu kompensieren und allgemein den Einfluss eines Handmoments HM zu berücksichtigen, ist in 3B zunächst ein herkömmlicher Vorgang nach Stand der Technik gezeigt. Dort wird durch Berücksichtigen des Handmomentenoffsets HOFF die Kennlinie 100 gemäß dem eingetragenen Pfeil unter Erhalten einer modifizierten Kennlinie 104 angepasst. Der Betrag des Pfeils bzw. das Ausmaß der Verschiebung kann dabei dem Handmomentenoffset HOFF entsprechen.
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Berücksichtigt man nun wiederum den Einfluss einer vom Fahrer erzeugten Zusatzkraft Z, ergibt sich die in 3C gezeigte Situation, wonach auch für die entsprechend angepasste bzw. tatsächlich wirksame Kennlinie 102 eine mit dem weiteren Pfeil markierte angepasste Kennlinie 103 erhalten wird. Diese Kennlinie 103 wird bisher nicht bestimmt, da auch die Kennlinie 102 bisher nicht ermittelt und berücksichtigt wird.
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3D zeigt nun die erfindungsgemäß erzeugte bzw. resultierende Kennlinie 110. Diese dient dazu, die Kennlinie 103 anzunähern und somit die vom Fahrer erzeugte Zusatzkraft Z zu berücksichtigen. Diese Kennlinie 103 wird dadurch erhalten, dass auf die Kennlinie 104 die Zusatzkraft Z aufaddiert wird. Dies führt zu einer Verschiebung der Kennlinie 104 in 3D nach oben.
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Man erkennt, dass auf diese Weise die Kennlinie 103 präzise angenähert werden kann. Das gezeigte Vorgehen entspricht einem Aufaddieren der Zusatzkraft Z, die anhand das Handmomentenoffset HOFF ermittelt wird, auf das zum Ermitteln der Momentenvorgabe MV berücksichtigte Handmoment HM. Somit fließt das Handmomentenoffset HOFF zumindest mittelbar in die schlussendlich ermittelte und verwendete Momentenvorgabe MV ein, welche eine Steuervorgabe S bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lenksystem
- 12
- Lenkhandhabe
- 13
- Momentensensor
- 14
- Lenkstange
- 16
- Zahnstange
- 18
- Elektromotor/Servomotor
- 20
- Kopplung
- 22
- Fahrzeugrad
- 24
- Steuergerät
- 26
- Prozessor
- 28
- Speichereinrichtung
- 32
- erste Lenkfunktion (Lenkunterstützungsfunktion)
- 34
- zweite Lenkfunktion (Rückstellfunktion)
- 36
- Signalverbindung
- 100-110
- Kennlinien
- HM
- Handmoment
- FU
- Unterstützungskraft
- Hoff
- Handmomentenoffset
- MV
- Momentenvorgabe
- Z
- Zusatzkraft
- S
- Signalvorgabe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007011275 B4 [0008]
