DE102020213553A1

DE102020213553A1 - Lenksystem und Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems

Info

Publication number: DE102020213553A1
Application number: DE102020213553.3A
Authority: DE
Inventors: Fabian Röckner; Stephan Klein
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2040-10-29
Also published as: DE102020213553B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem (1) für einen Kraftwagen (2), aufweisend wenigstens einen mechanisch mit einem Lenkrad (4) des Kraftwagens (2) verbindbaren Lenkradaktuator (5) und wenigstens ein mit dem Lenkradaktuator (5) verbundenes elektronisches Steuergerät (6), das eingerichtet ist, aus wenigstens einem momentanen Zustandsparameter des Kraftwagens (2) ein Soll-Lenkradmoment (13) zu ermitteln. Um in jeder Fahrsituation des Kraftwagens (2) ein sicheres Soll-Lenkradmoment (100) bereitzustellen, das einen Fahrer des Kraftwagens (2) bei seiner Aufgabe der Spurführung unterstützt, ist das Steuergerät (6) eingerichtet, unter Berücksichtigung von wenigstens einem elektrischen Signal (17) des Lenkradaktuators (5) und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens (2) ein zulässiges Minimallenkradmoment und ein zulässiges Maximallenkradmoment zu ermitteln und den Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments (13) anzusteuern, wenn das Soll-Lenkradmoment (13) größer oder gleich dem Minimallenkradmoment und kleiner oder gleich dem Maximallenkradmoment ist, den Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung des Maximallenkradmoments anzusteuern, wenn das Soll-Lenkradmoment (13) größer als das Maximallenkradmoment ist, und den Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung des Minimallenkradmoments anzusteuern, wenn das Soll-Lenkradmoment (13) kleiner als das Minimallenkradmoment ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für einen Kraftwagen, aufweisend wenigstens einen mechanisch mit einem Lenkrad des Kraftwagens verbindbaren Lenkradaktuator und wenigstens ein mit dem Lenkradaktuator verbundenes elektronisches Steuergerät, das aus wenigstens einem momentanen Zustandsparameter des Kraftwagens ein Soll-Lenkradmoment ermittelt. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftwagens, wobei aus wenigstens einem momentanen Zustandsparameter des Kraftwagens ein Soll-Lenkradmoment ermittelt wird.
In einem Kraftwagen sind ein Lenkrad und damit lenkbare Räder in der Regel mechanisch miteinander verbunden. Um eine Fahrtrichtung des Kraftwagens zu beeinflussen, kann ein Fahrer über eine Eingabe eines Lenkradwinkels einen Winkel an den lenkbaren Rädern einstellen. Hierzu muss der Fahrer ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad aufbringen.
In konventionellen Lenksystemen wurden Unterstützungslenkungen eingeführt, die auf Basis des vom Fahrer am Lenkrad jeweilig aufgebrachten Drehmoments ein zusätzliches Unterstützungsmoment in das Lenksystem einbringen, um einen Fahrkomfort zu erhöhen. Durch die mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Rädern bekommt der Fahrer aber immer noch eine Rückmeldung über die aktuelle Fahrsituation und die Beschaffenheit des momentan befahrenen Untergrunds, die dem Fahrer bei der Erfüllung seiner Aufgabe, einen zur Fahrsituation passenden Lenkwinkel einzustellen, unterstützen.
Neue Entwicklungen zeigen eine vollständige mechanische Trennung von Lenkrad und lenkbaren Rädern (Steer-by-Wire-Lenksystem). In diesem beispielhaften Konzept der elektrischen Kopplung von Lenkrad einerseits und den lenkbaren Rädern andererseits werden die lenkbaren Räder von einem oder mehreren Radaktuatoren bewegt, die in ihren physikalischen Grenzen bedingungslos einer Sollvorgabe folgen, die in der Regel durch den jeweiligen Lenkradwinkel bestimmt wird.
Um den Fahrer bei der Erfüllung seiner Aufgabe der Einstellung eines korrekten Lenkradwinkels zu unterstützen, muss auch hier ein zur Fahrsituation passendes Lenkradmoment künstlich über einen entsprechenden Lenkradaktuator erzeugt werden. Die Berechnung des zur Fahrsituation passenden Lenkradmoments folgt dabei beliebig komplexen Algorithmen, um bestmöglichen Fahrkomfort zu erzeugen. Eine Fehlberechnung kann dabei allerdings dazu führen, dass der Fahrer plötzlich durch ein nicht mehr zur Fahrsituation passendes Lenkmoment bei seiner Lenkwinkeleingabe gestört wird, bis hin zum vollständigen Verlust der Kontrolle über den Kraftwagen durch eine plötzliche unkontrollierbare Bewegung des Lenkradaktuators. Solche eine Fehlberechnung kann sowohl durch Fehler in einem Berechnungsalgorithmus als auch durch Fehler in Eingangssignalen des Berechnungsalgorithmus verursacht werden.
Bekannt sind Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers, bei denen von Zusatzfunktionen angefragte Überlagerungslenkmomente direkt in Amplitude und Dynamik begrenzt werden, wie beispielsweise in der DE 10 2009 000 868 A1 beschrieben ist. Zudem sind Verfahren bekannt, die Überlagerungslenkmomente von Zusatzfunktionen auf Grund einer Lenkungsreaktion zu begrenzen, wie beispielsweise in der DE 10 2014 201 107 A1 beschrieben ist. Aus der Industrie sind auch Lösungen geläufig, bei denen für Lenksysteme, bei denen das Lenkrad mechanisch mit lenkbaren Rädern verbunden ist, Unterstützungsmotormomente basierend auf einer Fahrer-Handmoment-Messung begrenzt werden, um einen sicheren Betrieb einer Lenkunterstützung zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in jeder Fahrsituation eines Kraftwagens ein sicheres Soll-Lenkradmoment bereitzustellen, das einen Fahrer des Kraftwagens bei seiner Aufgabe der Spurführung unterstützt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, dessen Steuergerät unter Berücksichtigung von wenigstens einem elektrischen Signal des Lenkradaktuators und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens ein zulässiges Minimallenkradmoment und ein zulässiges Maximallenkradmoment ermittelt und den Lenkradaktuator unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments ansteuert, wenn das Soll-Lenkradmoment größer oder gleich dem Minimallenkradmoment und kleiner oder gleich dem Maximallenkradmoment ist, und den Lenkradaktuator unter Berücksichtigung des Maximallenkradmoments ansteuert, wenn das Soll-Lenkradmoment größer als das Maximallenkradmoment ist, und den Lenkradaktuator unter Berücksichtigung des Minimallenkradmoments ansteuert, wenn das Soll-Lenkradmoment kleiner als das Minimallenkradmoment ist.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Erfindungsgemäß wird der Lenkradaktuator des Lenksystems mit einem amplitudenlimitierten Soll-Lenkradmoment angesteuert. Das amplitudenlimitierte Soll-Lenkradmoment kann das von dem Steuergerät unter Berücksichtigung des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens ermittelte Soll-Lenkradmoment sein, wenn das Soll-Lenkradmoment größer oder gleich dem zulässigen Minimallenkradmoment und kleiner oder gleich dem zulässigen Maximallenkradmoment ist. Alternativ kann das amplitudenlimitierte Soll-Lenkradmoment das von dem Steuergerät unter Berücksichtigung des wenigstens einen elektrischen Signals des Lenkradaktuators und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens ermittelte zulässige Maximallenkradmoment sein, wenn das Soll-Lenkradmoment größer als das Maximallenkradmoment ist. Alternativ kann das amplitudenlimitierte Soll-Lenkradmoment das von dem Steuergerät unter Berücksichtigung des wenigstens einen elektrischen Signals des Lenkradaktuators und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens ermittelte zulässige Minimallenkradmoment sein, wenn das Soll-Lenkradmoment kleiner als das Minimallenkradmoment ist. Ein Fahrer des Kraftwagens kann das zulässige Maximallenkradmoment bzw. zulässige Minimallenkradmoment statisch überlenken, falls es eine Fahrsituation erfordert.
Hierdurch kann das tatsächlich mit dem Lenkradaktuator erzeugte Lenkradmoment auf ein kontrollierbaren Level reduziert bzw. erhöht werden, wodurch unabhängig von einer eventuellen Fehlberechnung in einer komplexen Komfortfunktion des Lenksystems stets die Kontrollierbarkeit des Kraftwagens für den Fahrer des Kraftwagens sichergestellt wird. Dabei müssen lediglich die Funktion zum Limitieren des Soll-Lenkradmoments auf einen durch das zulässige Maximallenkradmoment und das zulässige Minimallenkradmoment definierten Lenkradmomentbereich und die Eingangssignale der Funktion nach höchsten Sicherheitsstandards abgesichert werden, was den Aufwand der Softwareentwicklung für die Realisierung des erfindungsgemäßen Lenksystems insgesamt maßgeblich reduziert. Die Limitierungsfunktion des erfindungsgemäßen Lenksystems kann insbesondere durch einen relativ simplen Algorithmus mit wenigen Eingangssignalen realisiert werden, wie er nachfolgend in verschiedenen Variationen beschrieben ist. Die Eingangssignale können sichere Signale des Lenksystems, beispielsweise ein Signal zu einem momentanen Lenkwinkel, einem momentanen Lenkradmoment, einer momentan auf wenigstens ein Laufrad des Fahrzeugs einwirkende Rückstellkraft oder dergleichen, und/oder des Fahrzeugs, beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit oder dergleichen, sein.
Die komplexen Komfortfunktionen des erfindungsgemäßen Lenksystems können sowohl das Lenkgefühl selbst betreffen (ein beliebig durch Filter, Dämpfung oder dergleichen nachbearbeitetes, simuliertes Lenkradmoment basierend auf geschätzten oder gemessenen Kräften an Laufrädern des Kraftwagens oder eines Fahrzeugmodells) als auch über mehrere Module im Fahrzeug verteilte Assistenzfunktionen, wie beispielsweise ein Spurhalte- oder Ausweichassistent oder dergleichen, sein.
Der Lenkradaktuator ist über eine Lenkwelle mit dem Lenkrad des Kraftwagens verbindbar bzw. verbunden. Der Lenkradaktuator kann elektromechanisch ausgebildet sein. Das Steuergerät ist elektrisch mit dem Lenkradaktuator verbunden, um den Lenkradaktuator mit dem jeweiligen Lenkradmoment ansteuern zu können. Eingangssignale, die dem Steuergerät zugeführt werden, und/oder Ausgangssignale des Steuergeräts können gefiltert oder geglättet werden.
Das erfindungsgemäße Lenksystem kann zum Lenken von lenkbaren Laufrädern eines Kraftwagens eingesetzt werden, die mechanisch mit dem Lenkrad des Kraftwagens verbunden sind. Zudem kann das erfindungsgemäße Lenksystem zum Lenken von lenkbaren Laufrädern eines Kraftwagens eingesetzt werden, die nicht mechanisch mit dem Lenkrad des Kraftwagens verbunden sind, also als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet sein. Der Kraftwagen kann ein Personenkraftwagen oder ein Nutzkraftwagen sein.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Überwachungskonzepts erlaubt es, komplexe Komfortfunktionen nach den üblichen Qualitätssicherungsstandards zu implementieren und zu verifizieren. Solange die komplexen Komfortfunktionen nicht durch ein externes Überwachungskonzept abgesichert werden, müssen sie zusätzlich nach den höchsten in der Industrie üblichen Sicherheitsstandards implementiert und verifiziert werden, was einen erheblichen Mehraufwand und damit verbundene Kosten und eine längere Entwicklungszeit bis zur Markteinführung mit sich bringt, was mit der Erfindung vermieden wird. Darüber hinaus können mit der Erfindung komplexe Komfortfunktionen auch auf Signalen von Sensoren basieren, die möglicherweise nicht diesen höchsten in der Industrie üblichen Sicherheitsstandards entsprechen oder deren Absicherung nur mit weiteren erheblichen Aufwänden und damit einhergehenden Kosten verbunden sind. Insgesamt wird mit der Erfindung somit die Verfügbarkeit der komplexen Komfortfunktion deutlich erhöht.
Das wenigstens eine elektrische Signal des Lenkradaktuators kann beispielsweise ein elektrisches Signal sein, das wenigstens einer Eigenschaft eines von einem Fahrer an dem Lenkrad des Kraftwagens ausgeübten Lenkvorgangs zugeordnet ist. Beispielsweise kann das elektrische Signal ein elektrisches Signal eines Lenkradwinkelsensors oder eines Lenkraddrehmomentsensors sein.
Der wenigstens eine momentane Zustandsparameter des Kraftwagens kann beispielsweise direkt sensorisch gemessen oder indirekt aus Sensordaten ermittelt werden. Der momentane Zustandsparameter kann beispielsweise eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftwagens, eine auf den Kraftwagen während eines Fahrbetriebs einwirkende Beschleunigung oder eine Information zu einer auf wenigstens ein Laufrad des Kraftwagens einwirkenden Rückstellkraft sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ermittelt das Steuergerät, unter Berücksichtigung des wenigstens einen elektrischen Signals des Lenkradaktuators und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens eine zulässige minimale Lenkradmomentänderungsrate und eine zulässige maximale Lenkradmomentänderungsrate und steuert den Lenkradaktuator unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments oder des Minimallenkradmoments oder des Maximallenkradmoments an, wenn eine mit dem Soll-Lenkradmoment bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate größer oder gleich der minimalen Lenkradmomentänderungsrate und kleiner oder gleich der maximalen Lenkradmomentänderungsrate ist, und steuert den Lenkradaktuator unter Berücksichtigung eines sich aus der maximalen Lenkradmomentänderungsrate ergebenden maximalen Soll-Lenkradmoments, das sich also momentan mit der maximalen Lenkradmomentänderungsrate ändert, an, wenn die mit dem Soll-Lenkradmoment bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate größer als die maximale Lenkradmomentänderungsrate ist, und steuert den Lenkradaktuator unter Berücksichtigung eines sich aus der minimalen Lenkradmomentänderungsrate ergebenden minimalen Soll-Lenkradmoments, das sich also momentan mit der minimalen Lenkradmomentänderungsrate ändert, an, wenn die mit dem Soll-Lenkradmoment bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate kleiner als die minimale Lenkradmomentänderungsrate ist. Hiernach wird der Lenkradaktuator des Lenksystems mit einem änderungsratenlimitierten Soll-Lenkradmoment angesteuert. Dies ist von Vorteil, da sich langsam ändernde Lenkradmomente für den Fahrer des Kraftwagens einfacher zu kontrollieren sind als sich plötzlich und stark ändernde Lenkradmomente. Das änderungsratenlimitierte Soll-Lenkradmoment kann das amplitudenlimitierte Soll-Lenkradmoment (Soll-Lenkradmoment oder Minimallenkradmoment oder Maximallenkradmoment) sein, wenn die mit dem jeweiligen amplitudenlimitierten Soll-Lenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate größer oder gleich der minimalen Lenkradmomentänderungsrate und kleiner oder gleich der maximalen Lenkradmomentänderungsrate ist. Alternativ kann das änderungsratenlimitierte Soll-Lenkradmoment das mit der maximalen Lenkradmomentänderungsrate verbundene Lenkradmoment sein, wenn die mit dem amplitudenlimitierten Soll-Lenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate größer als die maximale Lenkradmomentänderungsrate ist. Alternativ kann das änderungsratenlimitierte Soll-Lenkradmoment das mit der minimalen Lenkradmomentänderungsrate verbundene Lenkradmoment sein, wenn die mit dem amplitudenlimitierten Soll-Lenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate kleiner als die minimale Lenkradmomentänderungsrate ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Steuergerät unter Berücksichtigung des wenigstens einen elektrischen Signals des Lenkradaktuators und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens eine Bandbreite für das Soll-Lenkradmoment ermittelt, innerhalb der beliebige Sprünge des Soll-Lenkradmoments erlaubt sind und den Lenkradaktuator unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments ansteuert, wenn das Soll-Lenkradmoment innerhalb der Bandbreite liegt. Beispielsweise beim Fahren durch ein Schlagloch, über einen Bordstein oder andere Unebenheiten kann es vorteilhaft sein, dem Fahrer diese Untergrundinformationen über ein entsprechendes Lenkradmoment mitzuteilen, wozu eine hohe Lenkradmomentänderungsrate benötigt wird. Diese hohe Lenkradmomentänderungsrate kann innerhalb der Bandbreite des Soll-Lenkradmoments realisiert werden, wobei innerhalb der Bandbreite des Soll-Lenkradmoments somit keine Limitierung des Lenkradmomentänderungsrate auf die maximale Lenkradmomentänderungsrate bzw. minimale Lenkradmomentänderungsrate erfolgt. Somit kann durch die Realisierung der, beispielsweise einstellbaren, Bandbreite des Soll-Lenkradmoments dennoch in jeder Fahrsituation die Kontrollierbarkeit des Kraftwagens für den Fahrer sichergestellt werden. Zudem kann durch das Vorhandensein der Bandbreite des Soll-Lenkradmoments eine unbeabsichtigte Einschränkung des Lenkradmoments bzw. können falsch positive Eingriffe vermieden werden. Außerhalb der Bandbreite des Soll-Lenkradmoments ist die oben beschriebene Limitierung auf die maximale Lenkradmomentänderungsrate bzw. die minimale Lenkradmomentänderungsrate gegeben, wodurch insgesamt ein noch größerer zulässiger Amplitudenbereich für das Lenkradmoment bereitgestellt wird und gleichzeitig durch die außerhalb der Bandbreite des Soll-Lenkradmoments gegebenen Änderungsratenlimitierung die Kontrollierbarkeit des Kraftwagens erhöht wird. Es kann somit ein gewünschtes Signal einer komplexen Komfortfunktion zunächst in seiner Amplitude und in seiner Änderungsrate limitiert werden, um somit ein „virtuelles Führungssignal“ zu erzeugen. Um dieses „virtuelle Führungssignal“ kann nun ein virtueller Schlauch gelegt werden, dessen Breite die Bandbreite ist. Zuletzt kann das gewünschte Führungssignal nur noch durch diesen virtuellen Schlauch begrenzt werden, da dieser bereits die vorhergegangene Amplituden- und Ratenlimitierung enthält.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ermittelt das Steuergerät, das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, eine maximale Bandbreitengrenze und/oder eine minimale Bandbreitengrenze während eines Fahrbetriebs des Kraftwagens in Abhängigkeit von wenigstens einer Eigenschaft einer momentanen Lenkdynamik. Hierdurch kann die Robustheit des jeweiligen Limitierungskonzepts erhöht werden. Bei höherer Lenkdynamik befindet sich der Fahrer aktiv in einer Lenksituation, wodurch er sowohl höhere als auch sich schneller ändernde Lenkradmomente eher kompensieren kann als bei Stillstand des Lenkrads. Die Höhe des Minimallenkradmoments, des Maximallenkradmoments, der minimalen Lenkradmomentänderungsrate, der maximalen Lenkradmomentänderungsrate, der maximalen Bandbreitengrenze und/oder der minimalen Bandbreitengrenze kann beispielsweise über interpolierte Tabellen oder mathematische Zusammenhänge definiert bzw. ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ermittelt das Steuergerät, das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze während eines Fahrbetriebs des Kraftwagens unter Berücksichtigung einer momentanen Lenkradwinkelgeschwindigkeit. Die momentane Lenkradwinkelgeschwindigkeit ist eine Eigenschaft der momentanen Lenkdynamik. Die Lenkradwinkelgeschwindigkeit kann von einem Lenkradwinkelgeschwindigkeitssensor direkt gemessen werden oder aus anderen Sensoren, beispielsweise durch eine zeitliche Ableitung von Signalen eines Winkelsensors, errechnet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Steuergerät ermittelt, ob ein Fahrer momentan einen Lenkvorgang durchführt, und, wenn der Fahrer momentan einen Lenkvorgang durchführt, einen Betrag des Minimallenkradmoments, einen Betrag des Maximallenkradmoments, einen Betrag der minimalen Lenkradmomentänderungsrate, einen Betrag der maximalen Lenkradmomentänderungsrate, einen Betrag der maximalen Bandbreitengrenze und/oder einen Betrag der minimalen Bandbreitengrenze in Abhängigkeit von wenigstens einer Eigenschaft des momentanen Lenkvorgangs variiert. Hierdurch wird die Robustheit des jeweiligen Limitierungskonzepts erhöht. Ob der Fahrer momentan einen Lenkvorgang durchführt oder nicht bzw. die entsprechende momentane Fahreraktivität kann beispielsweise auf Basis eines momentan am Lenkrad anliegenden, von dem Fahrer aufgebrachten Lenkradmoments ermittelt werden. Wenn der Fahrer das Lenkrad fest in der Hand hält, kann er sowohl höhere als auch sich schneller ändernde Lenkradmomente eher kompensieren, als wenn er die Hände nur locker oder gar nicht am Lenkrad hat. Somit kann der Betrag des Minimallenkradmoments, der Betrag des Maximallenkradmoments, der Betrag der minimalen Lenkradmomentänderungsrate, der Betrag der maximalen Lenkradmomentänderungsrate, der Betrag der maximalen Bandbreitengrenze und/oder der Betrag der minimalen Bandbreitengrenze in Abhängigkeit von wenigstens einer Eigenschaft des momentanen Lenkvorgangs erhöht werden, wenn sich aus der Eigenschaft ergibt, dass der Fahrer momentan aktiv einen Lenkvorgang durchführt. Das momentan am Lenkrad anliegende Lenkradmoment kann beispielsweise mittels eines Drehmomentsensors gemessen werden. Alternativ kann der Drehmomentsensor durch eine zeitliche Betrachtung des vom Lenkradaktuator bereitgestellten Lenkraddrehmoments und der daraus resultierenden Lenkradwinkelreaktion substituiert werden. Alternativ kann die Ermittlung, ob der Fahrer momentan einen Lenkvorgang durchführt, auf Basis von Signalen eines kapazitive Messlenkrads oder auf Basis eine Überwachung der Fahrerlenkaktivität über eine Kamera erfolgen. Die Höhe des Betrags des Minimallenkradmoments, des Betrags des Maximallenkradmoments, des Betrags der minimalen Lenkradmomentänderungsrate, des Betrags der maximalen Lenkradmomentänderungsrate, des Betrags der maximalen Bandbreitengrenze und/oder des Betrags der minimalen Bandbreitengrenze kann beispielsweise in Abhängigkeit von der momentanen Fahreraktivität über interpolierte Tabellen oder mathematische Zusammenhänge definiert bzw. ermittelt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ermittelt das Steuergerät, eine momentan auf wenigstens ein lenkbares Laufrad des Kraftwagens einwirkende Rückstellkraft und variiert das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze unter Berücksichtigung der momentanen Rückstellkraft. Generell soll das von dem Lenkradaktuator erzeugte Lenkradmoment dem Fahrer eine Rückmeldung über die momentane Fahrsituation und den momentanen Fahrbahnuntergrund geben, wodurch eine direkte Abhängigkeit des Lenkradmoments von der auf das wenigstens eine lenkbare Laufrad des Kraftwagens einwirkenden Rückstellkraft gegeben ist. Bei einer hohen und/oder einer sich schnell ändernden Rückstellkraft können somit auch höhere oder sich schneller ändernde Lenkradmomente zugelassen werden als bei niedrigen bzw. sich langsamer ändernden Rückstellkräften. Insofern kann das Steuergerät den Betrag des Minimallenkradmoments, den Betrag des Maximallenkradmoments, den Betrag der minimalen Lenkradmomentänderungsrate, den Betrag der maximalen Lenkradmomentänderungsrate, den Betrag der maximalen Bandbreitengrenze und/oder den Betrag der minimalen Bandbreitengrenze mit zunehmender Rückstellkraft erhöhen. Die momentane Rückstellkraft kann beispielsweise über wenigstens einen Sensor direkt gemessen oder aus anderen bekannten Größen, wie beispielsweise einem momentan bereitgestellten Radaktuatormoment, berechnet werden. Die Höhe des Betrags des Minimallenkradmoments, des Betrags des Maximallenkradmoments, des Betrags der minimalen Lenkradmomentänderungsrate, des Betrags der maximalen Lenkradmomentänderungsrate, des Betrags der maximalen Bandbreitengrenze und/oder des Betrags der minimalen Bandbreitengrenze kann beispielsweise in Abhängigkeit der momentanen Rückstellkraft über interpolierte Tabellen oder mathematische Zusammenhänge definiert bzw. ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ermittelt das Steuergerät einerseits eine Richtung der momentanen Rückstellkraft und/oder einer momentanen Lenkradwinkelgeschwindigkeit und andererseits eine Richtung des Soll-Lenkradmoments und vergleicht die Richtung der momentanen Rückstellkraft bzw. der momentanen Lenkradwinkelgeschwindigkeit mit der Richtung des Soll-Lenkradmoments und variiert das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze unter Berücksichtigung eines Ergebnisses des Vergleichs. Beispielsweise kann ein höheres Lenkradmoment von dem Lenkradaktuator erzeugt und zugelassen werden, wenn die Richtung des Lenkradmoments, die sich unmittelbar aus dem Vorzeichen des Soll-Lenkradmoments ergibt, mit der Richtung bzw. dem Vorzeichen der Rückstellkraft übereinstimmt, wodurch der physikalische Zusammenhang zwischen der Rückstellkraft und dem Lenkradmoment korrekt dargestellt ist, da das Lenkradmoment ebenfalls mit einer intuitiven Erwartungshaltung des Fahrers übereinstimmt und somit von diesem leichter zu kontrollieren ist. Ein Lenkradmoment, das der Richtung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit entgegenwirkt, kann einfacher von einem Fahrer durch Überlenken kontrolliert werden als ein Lenkradmoment, das in Richtung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit wirkt und somit das Lenkrad unerwarteter Weise beschleunigt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Steuergerät eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftwagens ermittelt und das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit variiert. Hierdurch kann die Robustheit des jeweiligen Limitierungskonzepts weiter erhöht werden. Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten sind die Auswirkung eines hohen oder sich plötzlich ändernden Lenkradmoments und die daraus resultierende Pfadabweichung deutlich kritischer für den Gesamtzustand des Kraftwagens zu bewerten als bei langsamen Fahrgeschwindigkeiten. Daher kann das Steuergerät bzw. dessen Steuerelektronik den Betrag des Minimallenkradmoments, den Betrag des Maximallenkradmoments, den Betrag der minimalen Lenkradmomentänderungsrate, den Betrag der maximalen Lenkradmomentänderungsrate, den Betrag der maximalen Bandbreitengrenze und/oder den Betrag der minimalen Bandbreitengrenze mit geringer werdender Fahrgeschwindigkeit erhöhen. Der Betrag des Minimallenkradmoments, der Betrag des Maximallenkradmoments, der Betrag der minimalen Lenkradmomentänderungsrate, der Betrag der maximalen Lenkradmomentänderungsrate, der Betrag der maximalen Bandbreitengrenze und/oder der Betrag der minimalen Bandbreitengrenze kann über interpolierte Tabellen oder mathematische Zusammenhänge definiert bzw. ermittelt werden. Alternativ oder additiv kann das Steuergerät den Betrag des Minimallenkradmoments, den Betrag des Maximallenkradmoments, den Betrag der minimalen Lenkradmomentänderungsrate, den Betrag der maximalen Lenkradmomentänderungsrate, den Betrag der maximalen Bandbreitengrenze und/oder den Betrag der minimalen Bandbreitengrenze unter Berücksichtigung von wenigstens einem anderweitigen und elektronisch bekannten den Zustand des Kraftwagens beschreibenden Signalen variieren.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung steuert das Steuergerät den Lenkradaktuator erst dann nicht mittels des Soll-Lenkradmoments an, wenn das Soll-Lenkradmoment für einen Zeitraum vorgegebener Länge kleiner als das Minimallenkradmoment oder größer als das Maximallenkradmoment ist und/oder wenn die mit dem Soll-Lenkradmoment bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate für einen Zeitraum vorgegebener Länge kleiner als die minimale Lenkradmomentänderungsrate oder größer als die maximale Lenkradmomentänderungsrate ist und/oder wenn das Soll-Lenkradmoment für einen Zeitraum vorgegebener Länge außerhalb der Bandbreite liegt. Hiernach kann die jeweilige Limitierung des Lenkradmoments der jeweiligen komplexen Komfortfunktion verzögert werden, bis eine erkannte Verletzung der jeweiligen Limitierung länger als der, beispielsweise einstellbare, Zeitraum anliegt. Hierdurch kann die Robustheit der jeweiligen Limitierung weiter erhöht werden, insbesondere gegen Fehleingriffe bei einer Verletzung von Grenzen für wenige Ausführungsschritte, die durch ihre begrenzte Dauer noch keinen negativen Einfluss auf die Kontrollierbarkeit des Fahrzeugs haben. Die Länge des Zeitraums kann beispielsweise ≤ 100 ms sein. Die genannten Zeiträume können individuell festgelegt sein oder dieselbe Länge aufweisen.
Die obige Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst, gemäß dem unter Berücksichtigung von wenigstens einem elektrischen Signal eines Lenkradaktuators des Lenksystems und von wenigstens einem momentanen Zustandsparameter des Kraftwagens ein zulässiges Minimallenkradmoment und ein zulässiges Maximallenkradmoment ermittelt werden und der Lenkradaktuator unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments angesteuert wird, wenn das Soll-Lenkradmoment größer oder gleich dem Minimallenkradmoment und kleiner oder gleich dem Maximallenkradmoment ist, der Lenkradaktuator unter Berücksichtigung des Maximallenkradmoments angesteuert wird, wenn das Soll-Lenkradmoment größer als das Maximallenkradmoment ist, und der Lenkradaktuator unter Berücksichtigung des Minimallenkradmoments angesteuert wird, wenn das Soll-Lenkradmoment kleiner als das Minimallenkradmoment ist.
Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf das Lenksystem genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann das Lenksystem gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Lenksystems können dabei vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens entsprechen, auch wenn hierauf im Folgenden nicht explizit hingewiesen wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Lenksystem und
2 ein Ausführungsbeispiel für eine Software-Komponente eines Steuergeräts eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Lenksystem.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Lenksystem 1 für einen Kraftwagen 2. Das Lenksystem 1 ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem.
Das Lenksystem 1 weist einen mechanisch über eine Lenkwelle 3 mit einem Lenkrad 4 des Kraftwagens 2 verbundenen Lenkradaktuator 5 und ein mit dem Lenkradaktuator 5 verbundenes elektronisches Steuergerät 6 auf. Der Lenkradaktuator 5 weist einen nicht gezeigten Lenkradmotor und einen nicht gezeigten Winkelsensor auf. Das Steuergerät 6 stellt dem Lenkradaktuator 5 ein sicheres Soll-Lenkradmoment 100 zur Verfügung.
Zudem weist das Lenksystem 1 einen Achsaktuator 7 auf, der ein nicht gezeigtes Steuergerät mit einem nicht gezeigten Stellmotor und einen nicht gezeigten Positionssensor aufweist. Der Achsaktuator 7 betätigt eine Lenkstange 8, die endseitig gelenkig mit Spurstangen 9 und 10 verbunden ist, die jeweils gelenkig mit einem lenkbaren Laufrad 11 bzw. 12 des Kraftwagens 2 verbunden sind. Das Steuergerät des Achsaktuators 7 kann weitere Signale einlesen. Beispielsweise können die Spurstangen 9 und 10 mit nicht gezeigten zusätzlichen Sensoren ausgestattet sein, die die aktuelle Zahnstangenkraft messen. Alternativ kann das Steuergerät 6 oder das Steuergerät des Achsaktuators 7 die Zahnstangenkraft aus anderen vorhandenen Signalen abschätzen bzw. ermitteln.
Das Steuergerät 6 ermittelt aus wenigstens einem momentanen Zustandsparameter des Kraftwagens 2 ein Soll-Lenkradmoment 13. Dazu weist das Steuergerät 6 eine Softwarekomponente 14 zur Realisierung komplexer Komfortfunktionen auf. Hierzu werden vom Achsaktuator 7 alle nicht gezeigten relevanten Sensoren eingelesen und entsprechende Signale 15 an das Steuergerät 6 übermittelt. Die Signale 15 enthalten entweder bereits die aktuellen Zahnstangenkräfte oder alle relevanten Signale, um die Zahnstangenkräfte mit dem Steuergerät 6 berechnen zu können. Die Softwarekomponente 14 berechnet aus den Signalen 15 und weiteren hier nicht dargestellten, den Zustand des Kraftwagens 2 beschreibenden Signalen das Soll-Lenkradmoment 13. Aufgrund der Komplexität der komplexen Komfortfunktionen und der Abhängigkeit von äußeren Signalen kann die notwendige Sicherheit der Berechnung für jede Fahrsituation nur mit höchstem Aufwand dargestellt werden.
Das Steuergerät 6 weist zudem eine Softwarekomponente 16 auf. Die Softwarekomponente 16 empfängt ebenfalls die Signale 15 des Achsaktuators 7. Außerdem empfängt die Softwarekomponente 16 Signale 17 des Lenkradaktuators 5, die je nach Ausführungsvariante der Erfindung beispielsweise die momentane Lenkradwinkelgeschwindigkeit oder das gemessene oder geschätzte tatsächliche Lenkradmoment enthalten.
Das Steuergerät 6 bzw. dessen Softwarekomponente 16 ermittelt unter Berücksichtigung von wenigstens einem elektrischen Signal 17 des Lenkradaktuators 5 und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens 2, der in den Signalen 15 des Achsaktuators 7 enthalten ist, ein zulässiges Minimallenkradmoment und ein zulässiges Maximallenkradmoment und steuert den Lenkradaktuator 5 unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments 13 an, wenn das Soll-Lenkradmoment 13 größer oder gleich dem Minimallenkradmoment und kleiner oder gleich dem Maximallenkradmoment ist, und steuert den Lenkradaktuator 5 unter Berücksichtigung des Maximallenkradmoments an, wenn das Soll-Lenkradmoment 13 größer als das Maximallenkradmoment ist, und steuert den Lenkradaktuator 5 unter Berücksichtigung des Minimallenkradmoments an, wenn das Soll-Lenkradmoment 13 kleiner als das Minimallenkradmoment ist.
Zudem ermittelt das Steuergerät 6 bzw. dessen Softwarekomponente 16 unter Berücksichtigung des wenigstens einen elektrischen Signals 17 des Lenkradaktuators 5 und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens 2, der in den Signalen 15 des Achsaktuators 7 enthalten ist, eine zulässige minimale Lenkradmomentänderungsrate und eine zulässige maximale Lenkradmomentänderungsrate und steuert den Lenkradaktuator 5 unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments 13 oder des Minimallenkradmoments oder des Maximallenkradmoments an, wenn eine mit dem Soll-Lenkradmoment 13 bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate größer oder gleich der minimalen Lenkradmomentänderungsrate und kleiner oder gleich der maximalen Lenkradmomentänderungsrate ist, und steuert den Lenkradaktuator 5 unter Berücksichtigung der maximalen Lenkradmomentänderungsrate an, wenn die mit dem Soll-Lenkradmoment 13 bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate größer als die maximale Lenkradmomentänderungsrate ist, und steuert den Lenkradaktuator 5 unter Berücksichtigung der minimalen Lenkradmomentänderungsrate an, wenn die mit dem Soll-Lenkradmoment 13 bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate kleiner als die minimale Lenkradmomentänderungsrate ist.
Darüber hinaus ermittelt das Steuergerät 6 bzw. dessen Softwarekomponente 16 unter Berücksichtigung des wenigstens einen elektrischen Signals 17 des Lenkradaktuators 5 und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens 2, der in den Signalen 15 des Achsaktuators 7 enthalten ist, eine Bandbreite für das Soll-Lenkradmoment, innerhalb der beliebige Sprünge des Soll-Lenkradmoments erlaubt sind. Das Steuergerät 6 bzw. dessen Softwarekomponente 16 steuert den Lenkradaktuator 5 unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments 13 an, wenn das Soll-Lenkradmoment 13 innerhalb der Bandbreite liegt.
Des Weiteren ermittelt das Steuergerät 6 bzw. dessen Softwarekomponente 16 das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, eine maximale Bandbreitengrenze und/oder eine minimale Bandbreitengrenze während eines Fahrbetriebs des Kraftwagens 2 in Abhängigkeit von wenigstens einer Eigenschaft einer momentanen Lenkdynamik. Insbesondere kann das Steuergerät 6 bzw. dessen Softwarekomponente 16 das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze während eines Fahrbetriebs des Kraftwagens 2 unter Berücksichtigung einer momentanen Lenkradwinkelgeschwindigkeit ermitteln.
Zudem ermittelt das Steuergerät 6 bzw. dessen Softwarekomponente 16 ob ein Fahrer momentan einen Lenkvorgang durchführt, und variiert, wenn der Fahrer momentan einen Lenkvorgang durchführt, einen Betrag des Minimallenkradmoments, einen Betrag des Maximallenkradmoments, einen Betrag der minimalen Lenkradmomentänderungsrate, einen Betrag der maximalen Lenkradmomentänderungsrate, einen Betrag der maximalen Bandbreitengrenze und/oder einen Betrag der minimalen Bandbreitengrenze in Abhängigkeit von wenigstens einer Eigenschaft des momentanen Lenkvorgangs.
Darüber hinaus ermittelt das Steuergerät 6 bzw. dessen Softwarekomponente 16, beispielsweise aus der Zahnstangenkraft, eine momentan auf wenigstens ein lenkbares Laufrad 11 bzw. 12 des Kraftwagens 2 einwirkende Rückstellkraft und variiert das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze unter Berücksichtigung der momentanen Rückstellkraft. Dabei kann das Steuergerät 6 bzw. dessen Softwarekomponente 16 einerseits eine Richtung der momentanen Rückstellkraft und/oder einer momentanen Lenkradwinkelgeschwindigkeit und andererseits eine Richtung des Soll-Lenkradmoments 13 ermitteln und die Richtung der momentanen Rückstellkraft bzw. der momentanen Lenkradwinkelgeschwindigkeit mit der Richtung des Soll-Lenkradmoments 13 vergleichen und das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze unter Berücksichtigung eines Ergebnisses des Vergleichs variieren.
Zudem ermittelt das Steuergerät 6 bzw. dessen Softwarekomponente 16 eine momentane Fahrgeschwindigkeit des Kraftwagens 2 und variiert das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit.
Ferner steuert das Steuergerät 6 bzw. dessen Softwarekomponente 16 den Lenkradaktuator 5 erst dann nicht mittels des Soll-Lenkradmoments 13 an, wenn das Soll-Lenkradmoment 13 für einen Zeitraum vorgegebener Länge kleiner als das Minimallenkradmoment bzw. größer als das Maximallenkradmoment ist und/oder wenn die mit dem Soll-Lenkradmoment 13 bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate für einen Zeitraum vorgegebener Länge kleiner als die minimale Lenkradmomentänderungsrate oder größer als die maximale Lenkradmomentänderungsrate ist und/oder wenn die mit dem Soll-Lenkradmoment 13 verbundene Lenkmomentänderungsrate für einen Zeitraum vorgegebener Länge größer als die maximale Bandbreitengrenze oder kleiner als die minimale Bandbreitengrenze ist.
Statt des gezeigten Lenksystems 1 kann die Erfindung auch auf anders ausgebildete, nicht gezeigte Lenksysteme angewendet werden, wie beispielsweise auf ein Pitman-Arm-System oder ein System mit einzelnen Radaktuatoren.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Softwarekomponente 16 eines in 2 nicht gezeigten Steuergeräts eines Ausführungsbeispiels für ein in 2 nicht gezeigtes erfindungsgemäßes Lenksystem, wobei das Lenksystem gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein kann.
Gezeigt ist eine Limitierung des Soll-Lenkradmoments 13 der nicht gezeigten Softwarekomponente des Steuergeräts, mit der komplexe Komfortfunktionen realisierbar sind. Auf Basis der Auswertung und Limitierung durch die Softwareunterkomponenten 18 bis 22 stellt die Softwarekomponente 16 sicher, dass nur ein sicheres Soll-Lenkradmoment 100 dem nicht gezeigten Lenkradaktuator des Lenksystems zur Verfügung gestellt wird.
In der Softwareunterkomponente 22 werden für die Erzeugung des sicheren Soll-Lenkradmoments 100 ein Minimallenkradmoment und ein Maximallenkradmoment in Form von Signalen 23, eine zulässige minimale Lenkradmomentänderungsrate und eine zulässige maximale Lenkradmomentänderungsrate in Form von Signalen 24 und eine Bandbreite für das Soll-Lenkradmoment, innerhalb der beliebige Sprünge des Soll-Lenkradmoments erlaubt sind, in Form von Signalen 25 erzeugt. Unter Einbeziehung der Signale 17 des Lenkradaktuators und der Signale 15 des Achsaktuators kann dies beispielsweise durch Interpolation von gespeicherten Tabellenwerten oder einen beliebigen anderen Rechenalgorithmus geschehen.
Die Softwareunterkomponente 21 wendet nun das Minimallenkradmoment und das Maximallenkradmoment auf das Soll-Lenkradmoment 13 an. Das Soll-Lenkradmoment 13 wird von der Softwareunterkomponente 21 weitergegeben, wenn das Soll-Lenkradmoment 13 größer oder gleich dem Minimallenkradmoment und kleiner oder gleich dem Maximallenkradmoment ist. Statt des Soll-Lenkradmoments 13 wird das Maximallenkradmoment weitergegeben, wenn das Soll-Lenkradmoment 13 größer als das Maximallenkradmoment ist. Statt des Soll-Lenkradmoments 13 wird das Minimallenkradmoment weitergegeben, wenn das Soll-Lenkradmoment 13 kleiner als das Minimallenkradmoment ist. Insofern erzeugt die Softwareunterkomponente 21 ein amplitudenlimitiertes Soll-Lenkradmoment 26, das an die Softwareunterkomponente 20 weitergeleitet wird.
Die Softwareunterkomponente 20 wendet nun die zulässige minimale Lenkradmomentänderungsrate und die zulässige maximale Lenkradmomentänderungsrate auf das amplitudenlimitierte Soll-Lenkradmoment 26 an. Das amplitudenlimitierte Soll-Lenkradmoment 26 wird weitergegeben, wenn eine mit dem Soll-Lenkradmoment 13 bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate größer oder gleich der minimalen Lenkradmomentänderungsrate und kleiner oder gleich der maximalen Lenkradmomentänderungsrate ist. Alternativ wird ein sich aus der maximalen Lenkradmomentänderungsrate ergebendes maximales Soll-Lenkradmoment 13 weitergegeben, wenn die mit dem Soll-Lenkradmoment 13 bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate größer als die maximale Lenkradmomentänderungsrate ist. Alternativ wird ein sich aus der minimalen Lenkradmomentänderungsrate ergebendes minimales Soll-Lenkradmoment 13 weitergegeben, wenn die mit dem Soll-Lenkradmoment 13 bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate kleiner als die minimale Lenkradmomentänderungsrate ist. Eine Implementierung dieser Änderungsratenlimitierung ist aus der zulässigen minimalen Lenkradmomentänderungsrate und der zulässigen maximalen Lenkradmomentänderungsrate entsprechend den Signalen 24 die jeweiligen maximal erlaubten ratenlimitierten Soll-Lenkradmomente für den jeweils nächsten Ausführungsschritt zu bestimmen und das amplitudenlimitierte Soll-Lenkradmoment 26 entsprechend zu limitieren. Insofern erzeugt die Softwareunterkomponente 20 ein änderungsratenlimitiertes Soll-Lenkradmoment 27, das an die Softwareunterkomponente 19 weitergeleitet wird.
Die Softwareunterkomponente 19 ergänzt das änderungsratenlimitierte Soll-Lenkradmoment 27 um die momentan erlaubte Bandbreite für die Lenkradmomentänderungsrate entsprechend den Signalen 25 durch Addition bzw. Subtraktion der Bandbreite zum bzw. vom änderungsratenlimitierten Soll-Lenkradmoment 27. Das Ergebnis dieser Berechnung wird als minimale Bandbreitengrenze und maximale Bandbreitengrenze in Form von Signalen 28 an die Softwareunterkomponente 18 weitergeleitet.
Die Softwareunterkomponente 18 wendet nun die minimale Bandbreitengrenze und die maximale Bandbreitengrenze auf das Soll-Lenkradmoment 13 an. Befindet sich das Soll-Lenkradmoment 13 außerhalb der Bandbreite, wird es auf die entsprechende minimale oder maximale Bandbreitengrenze beschränkt. Ansonsten wird das Soll-Lenkradmoment 13 unverändert als sicheres Soll-Lenkradmoment 100 an den Lenkradaktuator weitergeleitet.
Zur Veranschaulichung des in der Softwarekomponente 16 ablaufenden Verfahrens wird das folgende Zahlenbeispiel gegeben.
Es sei gegeben ein Amplitudenlimit +/-2 Nm, ein Ratenlimit +-0,5 Nm/s und eine Bandbreite von +/-1 Nm. Außerdem sei für dieses Beispiel eine Ausführungsfrequenz der Funktion 1000 Ausführungen/s. Ein gewünschtes Signal der komplexen Komfortfunktion kann zu einem Zeitpunkt t0 beispielsweise von 0 Nm auf 5 Nm springen.
Im oberen Ast von 2 wird das gewünschte Signal nun zuerst durch die Amplitudenlimitierung auf 2 Nm begrenzt. Anschließend wird das Signal ratenlimitiert, womit sich für den nächsten Ausführungsschritt (t0 + 0,001 s) also ein virtuelles Führungssignal von 0,0005 Nm ergibt. Nun wird noch die Bandbreite addiert, so dass sich also -0,9995 Nm und 1,0005 Nm als virtueller Schlauch für erlaubte Werte im nächsten Ausführungsschritt ergeben.
Im unteren Ast von 2 wird nun das gewünschte Signal auf 1,0005 Nm limitiert, der Ausgang konnte also um den kompletten Betrag der Bandbreite ohne Ratenlimitierung springen.
Vorausgesetzt, das Eingangssignal bleibt konstant, wandert nun das virtuelle Führungssignal mit der Zeit aufgrund der Ratenlimitierung kontinuierlich nach oben, bis es nach 4 Sekunden den Betrag des amplitudenlimitierten Signals von 2 Nm erreicht hat. Durch Hinzufügen der Bandbreite ergibt sich zum Zeitpunkt t0 + 4 s also ein virtueller Schlauch zwischen 1 Nm und 3 Nm. Über die vergangenen 4 Sekunden ist dieser virtuelle Schlauch nun also ebenfalls mit der Ratenlimitierung von 0,5 Nm/s nach oben gewandert.
Das gewünschte Signal (5 Nm) wird nun zum Zeitpunkt t0 + 4 s auf 3 Nm begrenzt (Amplituden- und Bandbreitenlimitierung). Da der virtuelle Schlauch über 4 Sekunden lang linear mit 0,5 Nm/s angestiegen ist, wurde auch das gewünschte Signal in diesen 4 Sekunden linear mit 0,5 Nm/s erhöht, da es sich kontinuierlich über dem erlaubten Maximalwert befand.
Somit konnte das gewünschte Signal also zuerst instantan auf den Betrag der Bandbreite springen (von 0 Nm auf 1 Nm innerhalb eines Ausführungsschritts) und wurde dann anschließend weiter ratenlimitiert um das Amplitudenlimit erhöht (von 1 Nm auf 3 Nm innerhalb von 4 Sekunden).
Bezugszeichenliste

1: Lenksystem
2: Kraftwagen
3: Lenkwelle
4: Lenkrad
5: Lenkaktuator
6: Steuergerät
7: Achsaktuator
8: Lenkstange
9: Spurstange
10: Spurstange
11: lenkbares Laufrad
12: lenkbares Laufrad
13: Soll-Lenkradmoment
14: Softwarekomponente von 6 (Komfortfunktionen)
15: Signal von 7
16: Softwarekomponente von 6 (Limitierung)
17: Signal von 5
18: Softwareunterkomponente von 16
19: Softwareunterkomponente von 16
20: Softwareunterkomponente von 16
21: Softwareunterkomponente von 16
22: Softwareunterkomponente von 16
23: Signal von 22 (Amplitudenlimitierung)
24: Signal von 22 (Änderungsratenlimitierung)
25: Signal von 22 (Bandbreitenlimitierung)
26: amplitudenlimitiertes Soll-Lenkradmoment
27: änderungsratenlimitiertes Soll-Lenkradmoment
28: Signal von 19
100: sicheres Solllenkradmoment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009000868 A1 [0006]
DE 102014201107 A1 [0006]

Claims

Lenksystem (1) für einen Kraftwagen (2), aufweisend wenigstens einen mechanisch mit einem Lenkrad (4) des Kraftwagens (2) verbindbaren Lenkradaktuator (5) und wenigstens ein mit dem Lenkradaktuator (5) verbundenes elektronisches Steuergerät (6), das eingerichtet ist, aus wenigstens einem momentanen Zustandsparameter des Kraftwagens (2) ein Soll-Lenkradmoment (13) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) eingerichtet ist, unter Berücksichtigung von wenigstens einem elektrischen Signal (17) des Lenkradaktuators (5) und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens (2) ein zulässiges Minimallenkradmoment und ein zulässiges Maximallenkradmoment zu ermitteln und den Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments (13) anzusteuern, wenn das Soll-Lenkradmoment (13) größer oder gleich dem Minimallenkradmoment und kleiner oder gleich dem Maximallenkradmoment ist, den Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung des Maximallenkradmoments anzusteuern, wenn das Soll-Lenkradmoment (13) größer als das Maximallenkradmoment ist, und den Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung des Minimallenkradmoments anzusteuern, wenn das Soll-Lenkradmoment (13) kleiner als das Minimallenkradmoment ist.
Lenksystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) eingerichtet ist, unter Berücksichtigung des wenigstens einen elektrischen Signals (17) des Lenkradaktuators (5) und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens (2) eine zulässige minimale Lenkradmomentänderungsrate und eine zulässige maximale Lenkradmomentänderungsrate zu ermitteln und den Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments (13) oder des Minimallenkradmoments oder des Maximallenkradmoments anzusteuern, wenn eine mit dem Soll-Lenkradmoment (13) bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate größer oder gleich der minimalen Lenkradmomentänderungsrate und kleiner oder gleich der maximalen Lenkradmomentänderungsrate ist, den Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung eines sich aus der maximalen Lenkradmomentänderungsrate ergebenden maximalen Soll-Lenkradmoments (13) anzusteuern, wenn die mit dem Soll-Lenkradmoment (13) bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate größer als die maximale Lenkradmomentänderungsrate ist, und den Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung eines sich aus der minimalen Lenkradmomentänderungsrate ergebenden minimalen Soll-Lenkradmoments (13) anzusteuern, wenn die mit dem Soll-Lenkradmoment (13) bzw. dem Minimallenkradmoment bzw. dem Maximallenkradmoment verbundene Lenkmomentänderungsrate kleiner als die minimale Lenkradmomentänderungsrate ist.
Lenksystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) eingerichtet ist, unter Berücksichtigung des wenigstens einen elektrischen Signals (17) des Lenkradaktuators (5) und des wenigstens einen momentanen Zustandsparameters des Kraftwagens (2) eine Bandbreite für das Soll-Lenkradmoment (13), innerhalb der beliebige Sprünge des Soll-Lenkradmoments (13) erlaubt sind und den Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments (13) anzusteuern, wenn das Soll-Lenkradmoment (13) innerhalb der Bandbreite liegt.
Lenksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) eingerichtet ist, das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, eine maximale Bandbreitengrenze und/oder eine minimale Bandbreitengrenze während eines Fahrbetriebs des Kraftwagens (2) in Abhängigkeit von wenigstens einer Eigenschaft einer momentanen Lenkdynamik zu ermitteln.
Lenksystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) eingerichtet ist, das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze während eines Fahrbetriebs des Kraftwagens (2) unter Berücksichtigung einer momentanen Lenkradwinkelgeschwindigkeit zu ermitteln.
Lenksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) eingerichtet ist, zu ermitteln, ob ein Fahrer momentan einen Lenkvorgang durchführt, und, wenn der Fahrer momentan einen Lenkvorgang durchführt, einen Betrag des Minimallenkradmoments, einen Betrag des Maximallenkradmoments, einen Betrag der minimalen Lenkradmomentänderungsrate, einen Betrag der maximalen Lenkradmomentänderungsrate, einen Betrag der maximalen Bandbreitengrenze und/oder einen Betrag der minimalen Bandbreitengrenze in Abhängigkeit von wenigstens einer Eigenschaft des momentanen Lenkvorgangs zu variieren.
Lenksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) eingerichtet ist, eine momentan auf wenigstens ein lenkbares Laufrad (11, 12) des Kraftwagens (2) einwirkende Rückstellkraft zu ermitteln und das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze unter Berücksichtigung der momentanen Rückstellkraft zu variieren.
Lenksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) eingerichtet ist, einerseits eine Richtung der momentanen Rückstellkraft und/oder einer momentanen Lenkradwinkelgeschwindigkeit und andererseits eine Richtung des Soll-Lenkradmoments (13) zu ermitteln und die Richtung der momentanen Rückstellkraft bzw. der momentanen Lenkradwinkelgeschwindigkeit mit der Richtung des Soll-Lenkradmoments (13) zu vergleichen und das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze unter Berücksichtigung eines Ergebnisses des Vergleichs zu variieren.
Lenksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) eingerichtet ist, eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftwagens (2) zu ermitteln und das Minimallenkradmoment, das Maximallenkradmoment, die minimale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Lenkradmomentänderungsrate, die maximale Bandbreitengrenze und/oder die minimale Bandbreitengrenze unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit zu variieren.
Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems (1) insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus wenigstens einem momentanen Zustandsparameter des Kraftwagens (2) ein Soll-Lenkradmoment (13) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung von wenigstens einem elektrischen Signal (17) eines Lenkradaktuators (5) des Lenksystems (1) und von wenigstens einem momentanen Zustandsparameter des Kraftwagens (2) ein zulässiges Minimallenkradmoment und ein zulässiges Maximallenkradmoment ermittelt werden und der Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung des Soll-Lenkradmoments (13) angesteuert wird, wenn das Soll-Lenkradmoment (13) größer oder gleich dem Minimallenkradmoment und kleiner oder gleich dem Maximallenkradmoment ist, der Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung des Maximallenkradmoments angesteuert wird, wenn das Soll-Lenkradmoment (13) größer als das Maximallenkradmoment ist, und der Lenkradaktuator (5) unter Berücksichtigung des Minimallenkradmoments angesteuert wird, wenn das Soll-Lenkradmoment (13) kleiner als das Minimallenkradmoment ist.