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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens und ganz insbesondere eines Personenkraftwagens. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen.
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Die
DE 10 2018 118 020 A1 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen eines haptischen Drehmomentgefühls für ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug. Des Weiteren ist aus der
DE 103 19 537 B4 eine Hilfskraft-Lenkungsvorrichtung zur Erzeugung einer Lenkungshilfskraft mit Hilfe eines Öldruckes bekannt. Außerdem ist der
WO 2019/243294 A1 ein redundantes Steuergerät für einen dreiphasigen Elektromotor eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs als bekannt zu entnehmen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Lenkung zu schaffen, so dass auf besonders vorteilhafte Weise ein besonders vorteilhaftes Lenkgefühl realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer auch als Lenksystem oder Lenkungssystem bezeichneten Lenkung eines Kraftfahrzeugs, welches ganz vorzugsweise als Kraftwagen und besonders vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Bei dem Verfahren weist die Lenkung ein Lenkgetriebe mit einer Zahnstange auf. Beispielsweise sind das Lenkgetriebe und somit die Zahnstange mit lenkbaren Fahrzeugrädern des Kraftfahrzeugs gekoppelt, so dass über das Lenkgetriebe die einfach auch als Räder bezeichneten, lenkbaren Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs verschwenkt und somit gelenkt werden können, um dadurch beispielsweise Fahrspurwechsel, Richtungsänderungen und Kurvenfahrten des Kraftfahrzeugs bewirken zu können. Die Fahrzeugräder sind Bodenkontaktelemente des Kraftfahrzeugs, welches über die Bodenkontaktelemente in Fahrzeughochrichtung nach unten hin an einem Boden abstützbar oder abgestützt ist. Wird das einfach auch als Fahrzeug bezeichnete Kraftfahrzeug entlang des Bodens gefahren, während das Kraftfahrzeug über die Bodenkontaktelemente in Fahrzeughochrichtung nach unten hin an dem Boden abgestützt ist, so rollen die Fahrzeugräder, insbesondere direkt, an dem Boden ab. Insbesondere ist das jeweilige, lenkbare Fahrzeugrad um eine jeweilige, auch als Lenkachse bezeichnete Schwenkachse relativ zu einem beispielsweise als selbsttragende Karosserie ausgebildeten Aufbau des einfach auch als Fahrzeug bezeichneten Kraftfahrzeugs verschwenkbar und dadurch lenkbar.
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Die Lenkung weist auch ein Lenkrad auf, welches von einer Person wie beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs, insbesondere um eine Lenkraddrehachse relativ zu dem Aufbau drehbar ist, insbesondere um dadurch über das Lenkgetriebe und somit über die Zahnstange die lenkbaren Fahrzeugräder zu verschwenken und somit zu lenken. Das Lenkrad ist insbesondere mit dem Lenkgetriebe gekoppelt. Zum Lenken der lenkbaren Fahrzeugräder und somit zum Lenken des Kraftfahrzeugs ist mittels des Lenkrads durch Drehen des Lenkrads das Lenkgetriebe antreibbar, wodurch über das Lenkgetriebe und somit über die Zahnstange die lenkbaren Fahrzeugräder gelenkt werden können. Mit anderen Worten kann die Person das Lenkrad manuell betätigen, und dadurch, insbesondere um die Lenkraddrehachse relativ zu dem Aufbau, drehen, wodurch das Lenkgetriebe und somit insbesondere die Zahnstange angetrieben und insbesondere die lenkbaren Fahrzeugräder verschwenkt und somit gelenkt werden. Insbesondere kann beispielsweise die Zahnstange durch Antreiben des Lenkgetriebes entlang einer Bewegungsrichtung insbesondere relativ zu wenigstens einem weiteren Bauelement der Lenkung bewegt, insbesondere translatorisch bewegt und ganz insbesondere translatorisch hin- und herverschoben, werden, wobei es sich beispielsweise bei einem weiteren Bauelement um ein Gehäuse handelt. Dabei ist es denkbar, dass die Zahnstange zumindest teilweise im Gehäuse angeordnet ist. Durch insbesondere relativ zu dem weiteren Bauelement erfolgendes Bewegen, insbesondere Verschieben, der Zahnstange sind die lenkbaren Fahrzeugräder verschwenkbar und somit zu lenken, wodurch das Kraftfahrzeug gelenkt werden kann.
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Die Lenkung weist des Weiteren einen Elektromotor auf, welcher beispielsweise grundsätzlich dazu ausgebildet ist, ein durch die genannte Person bewirktes Drehen und somit Lenken des Lenkrads zu unterstützen. Somit ist vorzugsweise die Lenkung als elektrische Servolenkung (EPS - Electric Power Steering - elektrische Servolenkung) ausgebildet, wobei die elektrische Servolenkung auch als elektrische Hilfskraftlenkung oder elektrische Fremdkraftlenkung bezeichnet wird.
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Bei dem Verfahren werden zum Betreiben der Lenkung ein erstes Steuergerät und ein zweites Steuergerät verwendet. Das zweite Steuergerät ist zusätzlich zu dem ersten Steuergerät vorgesehen und bezüglich des ersten Steuergeräts extern, mithin eine bezüglich des ersten Steuergeräts externe, erste Komponente. Demzufolge ist das erste Steuergerät zusätzlich zu dem zweiten Steuergerät vorgesehen und bezüglich des zweiten Steuergeräts extern, mithin eine bezüglich des zweiten Steuergeräts externe, zweite Komponente. Das jeweilige Steuergerät ist eine jeweilige elektronische Recheneinrichtung. Insbesondere ist das jeweilige Steuergerät eine unabhängig vom jeweils anderen Steuergerät hergestellte, eigenständige Baueinheit. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, kann durch Verwendung der separaten, einzelnen Steuergeräte ein besonders vorteilhaftes, auch als Lenkgefühl bezeichnetes Lenkungsgefühl für die Person auf besonders einfache Weise realisiert werden. Unter dem Lenkgefühl ist ein haptisches Gefühl der das Lenkrad betätigenden beziehungsweise drehenden Person, mithin eine haptische Wahrnehmung zu verstehen, die der Person vermittelt oder bereitgestellt wird, wenn die Person das Lenkrad betätigt, mithin dreht, und hierfür eine Betätigungskraft oder ein Betätigungsmoment auf das Lenkrad ausübt. Mit anderen Worten kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf besonders vorteilhafte Weise ein besonders vorteilhafter haptischer Eindruck beziehungsweise eine besonders vorteilhafte haptische Wahrnehmung realisiert werden, den beziehungsweise die die Person erfährt, wenn sie das Lenkrad betätigt, das heißt dreht.
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Mittels des ersten Steuergeräts wird in Abhängigkeit von einer Abweichung eines ersten Ist-Werts einer ersten Größe von einem ersten Soll-Wert der ersten Größe und in Abhängigkeit von einem zweiten Ist-Wert einer zweiten Größe ein zweiter Soll-Wert für die zweite Größe derart ermittelt wird, dass die Abweichung geringer oder aufgehoben wäre, wenn der zweite Ist-Wert dem zweiten Soll-Wert entspräche. Die erste Größe korrespondiert mit einem auch als Handmoment oder Handdrehmoment bezeichneten Drehmoment, das einer durch die Person bewirkten Drehung des Lenkrads entgegenwirkt oder die durch die Person bewirkte Drehung des Lenkrads unterstützt. Die zweite Größe korrespondiert mit einem auch als Lenkwinkel bezeichneten Lenkradwinkel des Lenkrads Beispielsweise wird mittels des ersten Steuergeräts der erste Soll-Wert ermittelt, insbesondere derart, dass der erste Soll-Wert mittels des ersten Steuergeräts berechnet wird, oder derart, dass das erste Steuergerät den ersten Soll-Wert empfängt, welcher beispielsweise mittels des zweiten Steuergeräts oder mittels eines anderen Steuergeräts berechnet und bereitgestellt wird. Mit anderen Worten kann beispielsweise das erste Steuergerät den ersten Soll-Wert empfangen oder berechnen.
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Beispielsweise wird mittels des ersten Steuergeräts der erste Ist-Wert ermittelt. Hierunter ist beispielsweise zu verstehen, dass das erste Steuergerät den ersten Ist-Wert empfängt, welcher beispielsweise mittels des zweiten Steuergeräts oder mittels eines weiteren Steuergeräts berechnet und bereitgestellt wird. Ferner ist es denkbar, dass das erste Steuergerät den ersten Ist-Wert berechnet. Beispielsweise wird mittels des ersten Steuergeräts der zweite Ist-Wert ermittelt. Hierunter ist beispielsweise zu verstehen, dass das erste Steuergerät den zweiten Ist-Wert empfängt, welcher beispielsweise mittels des zweiten Steuergeräts oder mittels eines weiteren Steuergeräts berechnet und bereitgestellt wird. Ferner ist es denkbar, dass das erste Steuergerät den zweiten Ist-Wert berechnet.
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Ferner ist es denkbar, dass eine Berechnung des Lenkradwinkels beziehungsweise des zweiten Ist-Werts auf beiden Steuergeräten durchgeführt werden kann, was insbesondere von einer Art von insbesondere durch das zweite Steuergerät genutzten Sensoren abhängen kann, insbesondere dahingehend, dass beispielsweise der Sensor beispielsweise eine Absolutposition oder nur eine Relativposition des Lenkrads ermitteln kann. In letzterem Fall kann noch eine weitere Auswertung erforderlich sein, die grundsätzlich auf beiden Steuergeräten vorgenommen werden kann. Unter dem Merkmal, dass die erste Größe mit dem Drehmoment korrespondiert, ist zu verstehen, dass die erste Größe von dem Drehmoment abhängt und/oder in einer insbesondere mathematischen oder rechnerischen Beziehung mit dem Drehmoment steht. Insbesondere ist es denkbar, dass die erste Größe und das Drehmoment in einem proportionalen Verhältnis zueinander stehen, mithin proportional zueinander sind. Ferner ist es denkbar, dass die erste Größe das Drehmoment ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist unter dem Merkmal, dass die erste Größe mit dem Drehmoment korrespondiert, zu verstehen, dass eine Änderung des Drehmoments, insbesondere um ein erstes Maß, zu einer Änderung der ersten Größe führt, insbesondere um ein zweites Maß, wobei das zweite Maß dem ersten Maß entsprechen kann oder wobei das zweite Maß von dem ersten Maß unterschiedlich sein kann. Unter dem Merkmal, dass die zweite Größe mit dem Lenkradwinkel des Lenkrades korrespondiert, ist insbesondere Folgendes zu verstehen: Das Lenkrad ist um die Lenkraddrehachse in unterschiedliche Drehstellungen drehbar, wobei, insbesondere genau, eine der Drehstellungen beispielsweise eine auch als Ausgangslage bezeichnete Ausgangsstellung ist. Beispielsweise wird das Lenkrad in die Ausgangsstellung gedreht, um eine Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs zu bewirken. In der jeweiligen Drehstellung weist der Lenkwinkel des Lenkrads einen jeweiligen Lenkwinkelwert auf, wobei beispielsweise der Lenkwinkelwert in der Ausgangsstellung 0 beziehungsweise 0 Grad beträgt oder als 0 oder 0 Grad definiert ist. Die zweite Größe ist nun beispielsweise von dem Lenkwinkel abhängig und/oder die zweite Größe steht in einer mathematischen oder rechnerischen Beziehung zu dem Lenkwinkel. Mit anderen Worten hängt beispielsweise die zweite Größe von dem Lenkwinkel ab, wobei der Lenkradwinkel beziehungsweise der zweite Ist-Wert beispielsweise aus Sensordaten ermittelt wird. Insbesondere ist es denkbar, dass die zweite Größe und der Lenkwinkel in einem proportionalen Verhältnis zueinander stehen, mithin proportional zueinander sind. Wird beispielsweise der Lenkwinkel, insbesondere um ein drittes Maß, verändert, so wird hierdurch beispielsweise die zweite Größe, insbesondere um ein viertes Maß, verändert, wobei beispielsweise das dritte Maß dem vierten Maß entspricht oder wobei das dritte Maß und das vierte Maß voneinander unterschiedlich sind. Insbesondere ist es denkbar, dass die zweite Größe der Lenkwinkel (Lenkradwinkel) ist.
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Mittels des ersten Steuergeräts wird in Abhängigkeit von der Abweichung des ersten Ist-Werts der ersten Größe von dem ersten Soll-Wert der ersten Größe und in Abhängigkeit von dem zweiten Ist-Wert der zweite Soll-Wert für die zweite Größe derart ermittelt, dass die Abweichung zwischen erstem Ist-Wert und erstem Soll-Wert der ersten Größe geringer oder aufgehoben wäre oder würde, wenn der zweite Ist-Wert dem zweiten Soll-Wert entspräche. Mit anderen Worten ausgedrückt ermittelt, insbesondere berechnet, das erste Steuergerät den zweiten Soll-Wert, den die zweite Größe aufweisen müsste, damit der erste Ist-Wert nicht (mehr) oder weniger stark vom ersten Soll-Wert abweicht. Die erste Größe und die zweite Größe sind grundsätzlich voneinander unterschiedliche Größen, hängen jedoch voneinander ab, insbesondere dadurch, dass das Drehmoment mit sich änderndem Lenkwinkel variiert oder variieren kann. Somit führt eine Änderung der zweiten Größe beziehungsweise des zweiten Ist-Werts zu einer Änderung der ersten Größe beziehungsweise des ersten Ist-Werts und zu einer Änderung, insbesondere Verkleinerung oder Aufhebung der Abweichung. Hier ist insbesondere der zweite Soll-Wert von Bedeutung, da die Änderung des auch als Fahrerhandmoment bezeichneten Handmoments über eine auch als Delta-Verschiebung bezeichnete Verschiebung der Zahnstange beziehungsweise über eine auch Delta-Verdrehung bezeichnete Verdrehung des Lenkrads erreicht wird.
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Bei dem Verfahren stellt das erste Steuergerät ein elektrisches Signal bereit, welches den zweiten Soll-Wert charakterisiert. Bei dem Verfahren wird mittels des zweiten Steuergeräts das Signal, welches von dem ersten Steuergerät bereitgestellt wird, empfangen, wodurch das zweite Steuergerät den zweiten Soll-Wert empfängt beziehungsweise dem zweiten Steuergerät der zweite Soll-Wert übertragen oder mitgeteilt wird. Mittels des zweiten Steuergeräts wird in Abhängigkeit von dem zweiten Soll-Wert der Elektromotor derart angesteuert, dass der Elektromotor das zumindest mittelbar auf das Lenkrad wirkende Drehmoment, welches der durch die Person bewirkten Drehung des Lenkrads entweder entgegenwirkt oder die durch die Person bewirkte Drehung unterstützt, bereitstellt. Dies bedeutet insbesondere, dass der zweite Soll-Wert durch das zweite Steuergerät genutzt wird, um durch das zweite Steuergerät den Elektromotor anzusteuern, derart, dass der Elektromotor das Drehmoment bereitstellt, insbesondere derart, dass die zweite Größe auf den zweiten Soll-Wert eingestellt wird, mithin der zweite Soll-Wert der zweiten Größe eingestellt wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt steuert das zweite Steuergerät den Elektromotor in Abhängigkeit von dem zweiten Soll-Wert insbesondere derart an, dass der zweite Ist-Wert dem zweiten Soll-Wert entspricht oder zumindest eine Differenz zwischen dem zweiten Ist-Wert und dem zweiten Soll-Wert verkleinert wird, so dass in der Folge die Abweichung zwischen erstem Soll-Wert und dem ersten Ist-Wert aufgehoben oder zumindest verringert wird.
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Da der zweite Soll-Wert mittels des ersten Steuergeräts berechnet und bereitgestellt und somit, insbesondere dem zweiten Steuergerät, vorgegeben wird, erfolgt ein eigentliches Beeinflussen oder ein eigentliches Einstellen des Lenkgefühls durch das erste Steuergerät. Somit ist der zweite Soll-Wert eine Vorgabe des ersten Steuergeräts, mithin eine Vorgabe, die durch das erste Steuergerät vorgegeben wird. Das zweite Steuergerät wird im Grunde lediglich nur dazu genutzt, um die Vorgabe des ersten Steuergeräts umzusetzen und den Elektromotor entsprechend der Vorgabe anzusteuern, wobei die Vorgabe der zweite Soll-Wert ist, und wobei das Umsetzen der Vorgabe zu einer gewünschten Einstellung des Lenkgefühls führt. Es ist somit möglich, die Vorgabe in oder auf dem ersten Steuergerät umzusetzen und entsprechende Entwicklungstätigkeiten im Hinblick auf das erste Steuergerät durchzuführen, ohne dabei das zweite Steuergerät beeinflussen, berücksichtigen und/oder einbeziehen zu müssen. Somit ist es beispielsweise möglich, die Einstellung des Lenkgefühls im Rahmen einer Entwicklung des ersten Steuergeräts zu entwickeln und insbesondere ist es möglich, die Einstellung des Lenkgefühls einfach und somit zeit- und kostengünstig dadurch anzupassen oder zu ändern, indem entsprechende Eingriffe im ersten Steuergerät vorgenommen werden, insbesondere während eine Einflussnahme auf das zweite Steuergerät unterbleibt. Dadurch können beide Steuergeräte sowie darauf laufende Algorithmen zumindest im Wesentlichen unabhängig voneinander und zeitlich parallel entwickelt werden, so dass eine zeit- und kostengünstige Entwicklung darstellbar ist und sodass etwaige Änderungen im Hinblick auf die Vorgabe beziehungsweise des Einstellens des Lenkgefühls zeit- und kostengünstig durchgeführt werden können.
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Vereinfacht oder zusammengefasst ausgedrückt wird im Prinzip eine auch als Soll-Zahnstangenposition bezeichnete Soll-Position der Zahnstange beziehungsweise ein auch als Soll-Lenkradwinkel bezeichneter Soll-Winkel des Lenkrads, mithin der zweite Soll-Wert auf dem ersten Steuergerät oder mittels des ersten Steuergeräts berechnet, insbesondere durch Addition der aktuellen Position und der auch als Regelabweichung bezeichneten Abweichung, und dieser zweite Soll-Wert wird dann von dem ersten Steuergerät lediglich dem zweiten Steuergerät zugesendet beziehungsweise an das zweite Steuergerät übergeben, welches den zweiten Soll-Wert einregeln soll oder einregelt. Eine Ausprägung des Fahrerhandmoments und damit auch eines des Lenkgefühls erfolgt implizit durch den Soll-Wert.
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Insbesondere ist bei dem Verfahren eine kaskadierte Regelung vorgesehen. Die Abweichung des ersten Ist-Werts vom ersten Soll-Wert ist beispielsweise eine Regelabweichung, die beispielsweise einer inneren Regelschleife der kaskadierten Regelung zugeführt wird. Der inneren Regelschleife wird beispielsweise auch der zweite Ist-Wert zugeführt. Die innere Regelschleife ermittelt, insbesondere berechnet, in Abhängigkeit von der Regelabweichung (Abweichung des ersten Ist-Werts vom ersten Soll-Wert) und in Abhängigkeit von dem zweiten Ist-Wert den zweiten Soll-Wert, insbesondere derart oder so, dass dann, wenn der zweite Ist-Wert dem zweiten Soll-Wert entspräche, mithin die zweite Größe den zweiten Soll-Wert und nicht den zweiten Ist-Wert aufweisen würde, die Regelabweichung geringer oder aufgehoben, mithin 0 wäre. Insbesondere wird somit die erste Regelschleife durch das erste Steuergerät durchgeführt oder ausgeführt. Das elektrische Signal beziehungsweise der zweite Soll-Wert wird beispielsweise einer äußeren Regelschleife der kaskadierten Regelung zugeführt, wobei mittels der zweiten Regelschleife in Abhängigkeit von dem zweiten Soll-Wert der Elektromotor derart angesteuert, insbesondere derart geregelt, wird, dass eine Differenz zwischen dem zweiten Soll-Wert und dem zweiten Ist-Wert zumindest verringert oder aufgehoben wird. Somit wird beispielsweise die zweite Regelschleife durch das zweite Steuergerät durchgeführt oder ausgeführt. Beispielsweise stellt das zweite Steuergerät beziehungsweise die äußere Regelschleife einen Drehmomentwert des von dem Elektromotor bereitzustellenden Drehmoments und/oder einen elektrischen Strom oder einen Stromwert des elektrischen Stroms, mit welchem der Elektromotor versorgt wird, bereit, um dadurch den Elektromotor anzusteuern, insbesondere zu regeln, insbesondere derart, dass der zweite Ist-Wert dem zweiten Soll-Wert entspricht oder die Differenz zwischen dem zweiten Ist-Wert und dem zweiten Soll-Wert zumindest verringert wird. Die Ermittlung oder Berechnung des ersten Soll-Wert des Fahrerhandmoments kann eine Funktion des Lenkradwinkels oder einer auf die oder an der Zahnstange wirkenden und auch als Zahnstangenkraft bezeichneten Kraft und einer insbesondere aktuellen, auch als Fahrzeuggeschwindigkeit bezeichneten Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sein. Die Regelabweichung wird aus der Differenz von Soll- und Ist-Handmoment (erster Ist-Wert und erster Soll-Wer) ermittelt, insbesondere berechnet. Die Regelabweichung (zusätzliche Verdrehung Lenkrad beziehungsweise Verschiebung der Zahnstange in Abhängigkeit von einer verwendeten Steuergeräte-Schnittstelle, insbesondere des zweiten Steuergeräts) wird dann zur aktuellen Zahnstangenposition beziehungsweise dem aktuellen Lenkradwinkel addiert und ergibt den zweiten Soll-Wert für die innere Regelschleife, wobei der zweite Soll-Wert an das zweite Steuergeräts gesendet und von dem zweiten Steuergerät empfangen wird, welches auch als EPS oder EPS-Steuergerät bezeichnet wird. Der zweite Soll-Wert kann zudem gegebenenfalls noch um Anteile modifiziert werden, die sich positiv auf das Lenkgefühl auswirken, zum Beispiel einen aktiven Rücklauf des Lenkrads in dessen Mittellage oder eine zusätzliche Dämpfung des Lenkrads. Die EPS (zweites Steuergerät) soll den zweiten Soll-Wert aus der äußeren Schleife dann in der inneren Schleife einregeln. Die äußere Regelschleife umfasst somit die Berechnung des zweiten Soll-Werts der Zahnstangenposition beziehungsweise des Lenkradwinkels (zusammengesetzt aus aktueller Zahnstangenposition beziehungsweise aktuellem Lenkradwinkel und in äußerer Schleife ermittelter Regelabweichung). Die innere Regelschleife umfasst somit das Einregeln der Soll-Zahnstangenposition beziehungsweise des Soll-Lenkradwinkels (zweiter Soll-Wert).
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Es ist denkbar, dass das von dem Elektromotor bereitgestellte Drehmoment direkt auf das Lenkrad wirkt. Ferner ist es denkbar, dass das von dem Elektromotor, welcher einfach auch als Motor bezeichnet wird, bereitgestellte Drehmoment zumindest mittelbar und dabei beispielsweise über einen Torsionsstab der Lenkung auf das Lenkrad wirkt, wobei beispielsweise das Lenkrad über den Torsionsstab mit dem Lenkgetriebe und somit mit der Zahnstange gekoppelt ist. Beispielsweise wird mittels des Elektromotors beziehungsweise mittels des von dem Elektromotor bereitgestellten Drehmoments der Torsionsstab verdreht, was beispielsweise die Person insbesondere als das zuvor genannte Handmoment haptisch wahrnimmt, wenn die Person das Lenkrad dreht. Beispielsweise kann das Drehmoment die durch die Person bewirkte Drehung des Lenkrads unterstützen, um dadurch eine übermäßige Schwergängigkeit des Lenkrads zu vermeiden und einen besonders hohen Lenkkomfort zu realisieren. Ferner ist es denkbar, dass das Drehmoment der durch die Person bewirkten Drehung des Lenkrads entgegenwirkt, um dadurch eine übermäßig große Leichtgängigkeit und somit ein Gefühl einer schwammigen oder unpräzisen Lenkung zu vermeiden. Es ist jedoch vorgesehen, dass durch das durch den Elektromotor bewirkte Bereitstellen des Drehmoments eine ohne ein Zutun der Person erfolgende Drehung des Lenkrads unterbleibt. Das Verfahren bewirkt somit keine Drehung des Lenkrads ohne Zutun der Person, wie es beispielsweise bei einer automatisierten, automatischen oder autonomen Fahrt des Kraftfahrzeugs der Fall ist oder der Fall sein kann, sondern eine Drehung des Lenkrads erfolgt bei dem Verfahren dann und insbesondere nur dann, wenn die Person das Lenkrad dreht, mithin eine Drehung des Lenkrads bewirkt, wobei bei dem Verfahren durch das Drehmoment die durch die Person bewirkte Drehung des Lenkrads unterstützt wird oder der durch die Person bewirkten Drehung entgegen gewirkt wird, um dadurch ein Lenkgefühl beziehungsweise das zuvor genannte Lenkgefühl für die Person bedarfsgerecht und vorteilhaft einzustellen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn als die zweite Größe eine Position der Zahnstange verwendet wird, wobei die Position der Zahnstange auch als die zuvor genannte Zahnstangenposition bezeichnet wird. Die Zahnstangenposition korrespondiert mit dem Lenkwinkel des Lenkrads insbesondere dadurch, dass die Zahnstange, insbesondere über den Torsionsstab, mit dem Lenkrad gekoppelt ist, insbesondere derart, dass ein insbesondere um die Lenkraddrehachse erfolgendes Drehen des Lenkrads eine Bewegung, insbesondere Verschiebung, der Zahnstange bewirkt, insbesondere relativ zu dem zuvor genannten, weiteren Bauelement. Durch Nutzung der Zahnstangenposition können besonders vorteilhafte Schnittstellen zum Einstellen des Lenkgefühls genutzt werden, so dass das Lenkgefühl besonders vorteilhaft eingestellt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass als die zweite Größe der Lenkradwinkel des Lenkrads selbst verwendet wird. Dadurch kann besonders präzise eine Drehung des Lenkrads berücksichtigt werden, wodurch das Lenkgefühl besonders präzise und bedarfsgerecht eingestellt werden kann.
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Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als die erste Größe ein an dem zuvor genannten Torsionsstab der Lenkung wirkendes Drehmoment verwendet, wobei das Lenkrad über den Torsionsstab drehmomentenübertragend mit der Zahnstange gekoppelt ist. Hierdurch kann das Lenkgefühl besonders vorteilhaft eingestellt werden.
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Um das Verfahren besonders kostengünstig durchführen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Soll-Wert in Abhängigkeit von einer auf die Zahnstange wirkenden und auch als Zahnstangenkraft bezeichneten Kraft ermittelt wird.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der erste Soll-Wert in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Hierdurch kann das Verfahren besonders zeit- und kostengünstig durchgeführt werden. Insbesondere ist hierdurch eine individuelle Ausprägung des gewünschten Lenkgefühls über den gesamten Geschwindigkeitsbereich, in dem das Fahrzeug üblicherweise bewegt wird, darstellbar.
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Um das Verfahren besonders kostengünstig realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Soll-Wert in Abhängigkeit von der Zahnstangenkraft und in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit aus einem Kennfeld ermittelt wird.
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Um das Lenkgefühl besonders kostengünstig einstellen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Zahnstangenkraft geschätzt wird. Hierdurch können kostenintensive Sensoren vermieden werden.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der zweite Ist-Wert geschätzt und/oder aus Sensordaten ermittelt wird. Hierdurch können Sensoren vermieden werden, wodurch die Kosten in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Zur Ermittlung, insbesondere Berechnung, des zweiten Ist-Werts können beispielsweise Sensoren verwendet werden, die eine Absolutposition oder nur eine Relativposition des Lenkrads zur Verfügung stellen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches zum Durchführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs;
- 2 ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben der Lenkung;
- 3 ein weiteres Blockdiagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens; und
- 4 ein weiteres Blockdiagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine auch als Lenkungssystem oder Lenksystem bezeichnete Lenkung 1 für ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeugs. Die Lenkung 1 weist ein Lenkgetriebe 2 mit einer Zahnstange 3 auf, welche entlang einer, insbesondere geraden, in 1 durch einen Doppelpfeil 4 veranschaulichten Bewegungsrichtung insbesondere relativ zu einem in den Figuren nicht gezeigten, weiteren Bauelement der Lenkung 1 translatorisch bewegbar und somit hin- und herschiebbar ist. Die Zahnstange 3 ist zumindest mittelbar mit lenkbaren Fahrzeugräder 5 und 6 des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Wird die Zahnstange 3 entlang der Bewegungsrichtung (Doppelpfeil 4) hin- und hergeschoben, so werden die Fahrzeugräder 5 und 6 verschwenkt und somit gelenkt, wodurch beispielsweise Fahrtrichtungsänderungen, Fahrspurwechsel und Kurvenfahrten des Kraftfahrzeugs bewirkt werden können.
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Die Lenkung 1 weist des Weiteren eine als Lenkrad 7 ausgebildete Lenkhandhabe auf, welche von einer Person wie beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigbar und dadurch um eine Lenkraddrehachse 8 drehbar ist, insbesondere relativ zu dem zuvor genannten, weiteren Bauelement der Lenkung 1. Das Lenkrad 7 ist über einen Torsionsstab 9 und ein Zahnrad 10, welches in die Zahnstange 3 eingreift, drehmomentenübertragend mit der Zahnstange 3 gekoppelt, so dass durch um die Lenkraddrehachse erfolgendes Drehen, insbesondere Hin- und Herdrehen des Lenkrads 7 die Zahnstange 8 entlang der Bewegungsrichtung hin- und hergeschoben werden kann. Somit ist zum Lenken des Kraftfahrzeugs mittels des Lenkrads 7 durch Drehen des Lenkrads 7 das Lenkgetriebe 2 antreibbar und somit die Zahnstange 3 entlang der Bewegungsrichtung hin- und herverschiebbar.
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Die Lenkung 1 weist des Weiteren einen in 1 besonders schematisch dargestellten Elektromotor 11 auf, welcher beispielsweise ein Drehmoment bereitstellen und insbesondere auf den Torsionsstab 9 und über den Torsionsstab 9 auf das Lenkrad 7 ausüben kann. Das von dem Elektromotor 11 bereitgestellte oder bereitstellbare Drehmoment wirkt somit zumindest mittelbar und vorliegend über den Torsionsstab 9 auf das Lenkrad 7 und ist somit beispielsweise von der das Lenkrad 7 betätigenden und dadurch eine Betätigungskraft oder einen Betätigungsdrehmoment auf das Lenkrad 7 ausübenden Person insbesondere als so genanntes Handmoment haptisch wahrnehmbar, wobei beispielsweise der Elektromotor 11 wahlweise so betrieben werden kann, dass das Drehmoment (Handmoment) der durch die Person bewirkten Drehung des Lenkrads 7 entgegenwirkt oder dass das Drehmoment (Handmoment) die durch die Person bewirkte Drehung des Lenkrads 7 unterstützt.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben der Lenkung 1 beschrieben. Durch Bereitstellen, insbesondere durch Variieren, des genannten Drehmoments des Elektromotors 11 kann ein Lenkgefühl in Form eines Handmoments bedarfsgerecht eingestellt werden, welches von der Person haptisch wahrgenommen wird, wenn die Person das Lenkrad 7 betätigt, das heißt um die Lenkraddrehachse 8 dreht. Bei dem Verfahren werden zwei in 2 besonders schematisch dargestellte, separate Steuergeräte 12 und 13 verwendet. Es ist erkennbar, dass das Steuergerät 13 ein bezüglich des Steuergeräts 12 externes, zusätzlich zu dem Steuergerät 12 vorgesehenes Steuergerät ist, und dementsprechend ist das Steuergerät 12 ein bezüglich des Steuergeräts 13 externes, zusätzlich zu dem Steuergerät 13 vorgesehenes Steuergerät.
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Zunächst wird das Verfahren anhand von 3 erläutert. Mittels des ersten Steuergeräts 12 wird ein erster Soll-Wert 14 einer ersten Größe ermittelt, welche mit dem genannten Drehmoment korrespondiert, das der durch die Person bewirkten Drehung des Lenkrads 7 entgegenwirkt oder die Drehung unterstützt. Mittels des Steuergeräts 12 wird ein erster Ist-Wert 15 der ersten Größe ermittelt, beispielsweise dadurch, dass das Steuergerät 12 den ersten Ist-Wert 15 empfängt oder berechnet. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird als die erste Größe beispielsweise das Drehmoment selbst, mithin das so genannte Handmoment verwendet, so dass beispielsweise der erste Soll-Wert 14 auch als Soll-Handmoment und der erste Ist-Wert 15 auch als Ist-Handmoment bezeichnet wird. Durch einen Block 16 ist veranschaulicht, dass beispielsweise mittels des Steuergeräts 12 eine auch als Regelabweichung bezeichnete oder als Regelabweichung verwendete Abweichung 17 des ersten Ist-Werts 15 vom ersten Soll-Wert 14 ermittelt wird. Des Weiteren wird mittels des ersten Steuergeräts 12 ein zweiter Ist-Wert 18 einer zweiten Größe ermittelt, insbesondere dadurch, dass das Steuergerät 12 den zweiten Ist-Wert 18 empfängt. Die zweite Größe korrespondiert mit einem Lenkradwinkel des Lenkrads 7. Das Lenkrad 7 kann in unterschiedliche Drehstellungen gedreht werden, wobei in der jeweiligen Drehstellung der Lenkradwinkel einen jeweiligen Lenkradwinkelwert aufweist. Beispielsweise wird als die zweite Größe der Lenkradwinkel selbst verwendet, wobei es jedoch bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, dass als die zweite Größe eine so genannten Zahnstangenposition der Zahnstange 3 verwendet wird. Unter der Zahnstangenposition ist insbesondere Folgendes zu verstehen: Die Zahnstange 3 kann entlang der durch den Doppelpfeil 4 veranschaulichten Bewegungsrichtung insbesondere relativ zu dem genannten, weiteren Bauelement verschoben und dadurch in unterschiedliche Stellungen bewegt werden, wobei die Stellungen der Zahnstange 3 beispielsweise Werte der zweiten Größe, mithin der Zahnstangenposition sind. Mit anderen Worten weist die Zahnstangenposition in den jeweiligen Stellungen einen jeweiligen Positionswert auf, wobei der zweite Ist-Wert einer der Positionswerte ist. Somit wird der zweite Ist-Wert 18 beispielsweise auch als Ist-Zahnstangenposition bezeichnet.
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In Abhängigkeit von der Abweichung 17 und in Abhängigkeit von dem zweiten Ist-Wert 18 ermittelt das erste Steuergerät 12 einen zweiten Soll-Wert 19 für die zweite Größe, wobei der zweite Soll-Wert 19, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, eine Vorgabe des Steuergeräts 12 ist. Das Steuergerät 12 ermittelt den zweiten Soll-Wert 19 (Vorgabe) derart, dass die Abweichung 17 geringer oder aufgehoben wäre oder würde, wenn der zweite Ist-Wert 18 dem zweiten Soll-Wert 19 entspräche, mithin die zweite Größe (Zahnstangenposition) auf den zweiten Soll-Wert 19 und nicht den zweiten Ist-Wert 18 aufweisen würde, mithin wenn die zweite Größe auf den zweiten Soll-Wert 119 eingestellt wird oder würde. Das erste Steuergerät 12 stellt ein elektrisches Signal 20 bereit, welches den zweiten Soll-Wert 19 charakterisiert beziehungsweise umfasst, so dass dadurch, dass das erste Steuergerät 12 das Signal 20 bereitstellt, das erste Steuergerät 12 sozusagen den zweiten Soll-Wert 19 bereitstellt.
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Aus 3 ist erkennbar, dass das zweite Steuergerät 13 das elektrische Signal 20 und somit den zweiten Soll-Wert 19 (Vorgabe) empfängt. Wie in 3 durch einen Pfeil 21 veranschaulicht ist, steuert das zweite Steuergerät 13 in Abhängigkeit von der Vorgabe (zweiter Soll-Wert 19) den Elektromotor 11 derart an, dass der Elektromotor 11 das zumindest mittelbar auf das Lenkrad 7 wirkende Drehmoment, welches der durch die Person bewirkten Drehung entgegenwirkt oder die durch die Person bewirkte Drehung unterstützt, bereitstellt, insbesondere derart, dass die Zahnstangenposition (zweite Größe) auf den zweiten Soll-Wert 19 eingestellt wird, mithin der zweite Soll-Wert 19 als (neuer) Ist-Wert der zweiten Größe eingestellt wird. Durch das Verfahren wird wahlweise die durch die Person bewirkte Drehung des Lenkrads 7 nur unterstützt oder der durch die Person bewirkten Drehung des Lenkrads 7 wird nur entgegengewirkt, so dass eine ohne ein Zutun der Person erfolgende Drehung des Lenkrads 7 durch das durch den Elektromotor 11 bewirkte Bereitstellen des Drehmoments unterbleibt. Mit anderen Worten wird bei dem Verfahren ohne ein Zutun der Person oder einer anderen Person, das heißt, ohne dass direkt auf das Lenkrad 7 eine Kraft oder ein Drehmoment ausgeübt wird, keine Drehung des Lenkrads 7 bewirkt.
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In 3 ist eine auf die Zahnstange 3 wirkende und auch als Zahnstangenkraft bezeichnete Kraft mit 22 bezeichnet. Außerdem ist eine auch als Fahrzeuggeschwindigkeit bezeichnete Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mit 23 bezeichnet. Es ist erkennbar, dass die Kraft 22 (Zahnstangenkraft) und die Fahrgeschwindigkeit 23 einem Kennfeld 24 zugeführt werden. Insbesondere mittels des Steuergeräts 12 wird der erste Soll-Wert 14 in Abhängigkeit von der auf die Zahnstange 3 wirkenden Kraft 22 und in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit 23 aus dem Kennfeld 24 ermittelt.
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Um das Verfahren besonders kostengünstig durchführen zu können, wird beispielsweise die Zahnstangenkraft geschätzt, insbesondere auf Basis eines Modells, insbesondere eines Lenkungsmodells, und/oder auf Basis wenigstens einer Eingangsgröße wie beispielsweise dem Handmoment oder einem auf den oder an dem Torsionsstab 9 wirkenden und auch als Torsionsstabmoment bezeichneten Drehmoment und/oder dem auch als Motormoment bezeichneten, von dem Elektromotor 11 bereitgestellten Drehmoment und/oder in Abhängigkeit von einer so genannten Rotorgeschwindigkeit, welche mit einer Geschwindigkeit, insbesondere mit einer Winkelgeschwindigkeit korrespondiert, mit ein Rotor des Elektromotors 11 gedreht wird. Ferner ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Zahnstangenposition geschätzt wird, insbesondere auf Basis eines einfachen Lenkungsmodells und/oder eines einfachen Fahrzeugmodells und/oder anhand von Sensordaten der Lenkung 1. Beispielsweise umfasst das genannte Modell ein Fahrzeugmodell, insbesondere mit Eingangsgrößen Ritzelwinkel und Fahrzeuggeschwindigkeit, und/oder ein Lenkungsmodell, insbesondere mit Eingangsgrößen EPS-Motormoment, EPS-Ritzelgeschwindigkeit und Torsionsstabmoment.
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4 zeigt ein weiteres Blockdiagramm zum weiteren Veranschaulichen des Verfahrens. Die Rotorgeschwindigkeit ist beispielsweise in 4 besonders schematisch dargestellt und mit 25 bezeichnet. Beispielsweise stellt das Steuergerät 13 die genannten Sensordaten bereit.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkung
- 2
- Lenkgetriebe
- 3
- Zahnstange
- 4
- Doppelpfeil
- 5
- Fahrzeugrad
- 6
- Fahrzeugrad
- 7
- Lenkrad
- 8
- Lenkraddrehachse
- 9
- Torsionsstab
- 10
- Zahnrad
- 11
- Elektromotor
- 12
- erstes Steuergerät
- 13
- zweites Steuergerät
- 14
- erster Ist-Wert
- 15
- erster Soll-Wert
- 16
- Block
- 17
- Abweichung
- 18
- zweiter Ist-Wert
- 19
- zweiter Soll-Wert
- 20
- elektrisches Signal
- 21
- Pfeil
- 22
- Kraft
- 23
- Fahrgeschwindigkeit
- 24
- Kennfeld
- 25
- Rotorgeschwindigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018118020 A1 [0002]
- DE 10319537 B4 [0002]
- WO 2019/243294 A1 [0002]