DE102022213299A1 - Steer-by-wire-Lenksystem und Verfahren - Google Patents

Abstract

Es wird ein Steer-by-wire-Lenksystem (10) für ein Fahrzeug angegeben, mit einem durch einen Fahrer betätigbaren Steuerelement (12) zur Lenkwinkeleingabe, einem Stellmechanismus (14) zum Einstellen eines Radstellwinkels und mit einer Steuereinheit (28), die eingerichtet ist, basierend auf einem Lenkwinkel des Steuerelements (12) und einer Fahrzeuggeschwindigkeit ein Kennfeld für den Sollwert einer Position des Stellmechanismus auszugeben, wobei ein von dem Stellmechanismus einstellbarer Radstellwinkel von einem eingestellten Lenkwinkel und von einer Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, und wobei ein maximal einstellbarer Radstellwinkel und/oder ein maximal einstellbarer Lenkwinkel in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt ist. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Erstellen eines Kennfeldes für den Sollwert einer Position des Stellmechanismus, insbesondere des Radstellwinkels, in einem Steer-by-wire-Lenksystem (10) angegeben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Steer-by-wire-Lenksystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Erstellen eines Kennfeldes für den Sollwert einer Position des Stellmechanismus zum Einstellen eines Radstellwinkels in einem Steer-by-wire-Lenksystem.
• Lenksysteme umfassen üblicherweise eine Zahnstange, die zur Anpassung einer Radstellung linear verschiebbar gelagert ist. Ursprünglich ist eine derartige Zahnstange über eine Lenkstange mit dem Lenkrad gekoppelt, so dass über eine Drehung des Lenkrads eine lineare Verschiebung der Zahnstange erreicht wird.
• Bei modernen Kraftfahrzeugen kommen vermehrt sogenannte Steer-By-Wire Lenksysteme (SbW-Lenksystem) zum Einsatz, bei denen zwischen dem Lenkrad und der Zahnstange keine mechanische Verbindung mehr vorliegt. Die Verschiebung der Zahnstange wird mittels eines elektrischen Antriebs erreicht.
• Bei Steer-by-Wire Lenksystemen kann theoretisch eine beliebige Übersetzung eines Lenkwinkels auf einen Radstellwinkel eingestellt werden. Allerdings ist der physikalische Verfahrweg der Zahnstange bzw. der Verfahrweg des elektrischen Antriebs an der Vorderachse begrenzt.
• Aus dem maximalen Verfahrweg des Stellmotors an der Vorderachse ergibt sich folglich in Kombination mit dem Übersetzungsverhältnis des Lenkwinkels auf den Radstellwinkel ein maximaler Lenkwinkel. Bei bekannten Lösungen ergibt sich das Übersetzungsverhältnis aus zweidimensionalen Lookup-Tabellen bzw. Umsetzungstabellen anhand des Lenkwinkels oder der Fahrzeuggeschwindigkeit. Der sich ergebende maximale Lenkwinkel geht daher in die Auslegung des Lenksystems nicht direkt ein.
• Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen ein maximaler Lenkwinkel gewünscht ist, der nicht überschritten werden soll.
• Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Steer-by-wire-Lenksystem sowie ein Verfahren zum Einstellen eines Übersetzungsverhältnisses in einem Steer-by-wire-Lenksystem anzugeben.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steer-by-wire-Lenksystem für ein Fahrzeug mit einem durch einen Fahrer betätigbaren Steuerelement zur Lenkwinkeleingabe, einem Stellmechanismus zum Einstellen eines Radstellwinkels, und mit einer Steuereinheit, die eingerichtet ist, basierend auf einem Lenkwinkel des Steuerelements und einer Fahrzeuggeschwindigkeit ein Kennfeld für den Sollwert einer Position des Stellmechanismus auszugeben, wobei ein von dem Stellmechanismus einstellbarer Radstellwinkel von einem eingestellten Lenkwinkel und von einer Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, und wobei ein maximal einstellbarer Radstellwinkel und/oder ein maximal einstellbarer Lenkwinkel in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt ist.
• Insbesondere umfasst das Einstellen des Radstellwinkels mittels des Stellmechanismus eine Einstellung eines Bauteils oder mehrerer Bauteile in dem Lenksystem, das zur Einstellung des Radstellwinkels führt. Somit umfasst die Erfindung jedwede Ausführung, bei der der Stellmechanismus eine Position oder Lage oder Orientierung des einzelnen Bauteils oder der mehreren Bauteile des Lenksystems ändert, wodurch eine Einstellung des Radstellwinkels bewirkt wird. Das Bauteil oder die mehreren Bauteile können Bestandteil eines Lenkstrangs des Lenksystems sein.
• Anhand des Kennfeldes ist ein Verhältnis zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und einem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel für verschiedene Fahrsituationen festgelegt.
• Bei dem durch das Kennfeld festgelegten Verhältnis handelt es sich um ein virtuelles Verhältnis, da keine mechanische Verbindung zwischen dem Steuerelement und den Rädern vorhanden ist. Das virtuelle Verhältnis ersetzt somit das bei dem Steer-by-Wire Lenksystem nicht mehr vorhandene mechanische Übersetzungsverhältnis und wird daher auch als virtuelles Übersetzungsverhältnis bezeichnet.
• Zwischen einem Lenkwinkel von Null und dem maximalen Lenkwinkel variiert das virtuelle Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit von der Fahrsituation.
• Insbesondere ist der Radstellwinkel und/oder der Lenkwinkel in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen Wert begrenzt, der kleiner oder gleich ist als ein absoluter, maximal möglicher Radstellwinkel und/oder ein absoluter, maximal möglicher Lenkwinkel.
• Vorzugsweise wird bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit eine Änderung der Übersetzung und/oder der Relation von Radstellwinkel und Lenkwinkel erreicht, die zu einer sicheren und besser kontrollierbaren Bedienung des Fahrzeugs führt. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Übersteuern des Fahrzeugs bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit vermieden werden.
• Der absolute maximal mögliche Radstellwinkel kann, muss aber nicht mit dem physikalisch möglichen maximalen Radstellwinkel übereinstimmen. Vorzugsweise ist der maximal mögliche Radstellwinkel ein definierter Radstellwinkel, der für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten einstellbar ist. Insbesondere ist der maximal mögliche Radstellwinkel ein definierter Radstellwinkel, der bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten kleiner ist als bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten.
• Das erfindungsgemäße Lenksystem hat den Vorteil, dass in allen Fahrgeschwindigkeitsbereichen ein hoher Lenkkomfort sowie eine gute Führbarkeit des Fahrzeugs erreicht wird. Insbesondere wird der hohe Lenkkomfort durch die Variabilität des maximal möglichen Lenkwinkels und/oder die gute Führbarkeit durch die Variabilität des maximal möglichen Radstellwinkels erreicht.
• Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Lenksystem ein intuitives und zeitlich effizientes Applizieren von möglichst gleichmäßig gestalteten Kennlinien für den Sollwert der Position des Stellmechanismus und somit auch einer Position einer Vorderachse sowie eines Radstellwinkels bzw. der Trajektorie des Fahrzeugs.
• Bei dem Steuerelement handelt es sich beispielsweise um ein konventionelles Lenkrad, ein Steuerhorn, ein flaches, abgeflachtes oder eckiges Lenkrad, ein Dreh-Poti oder einen Joystick.
• Ein maximal möglicher Lenkwinkel beträgt beispielsweise +/- 180°. Damit eignet sich das Lenksystem besonders für sogenannte flache Steuerelemente wie ein Steuerhorn oder flache, eckige Lenkräder, bei denen ein Übergreifen am Lenkrad nicht vorgesehen ist, sondern die Hände eines Fahrers während einer Fahrt in einer empfohlenen Stellung, insbesondere der sogenannten „Viertel-vordrei-Stellung“ am Steuerelement angreifen.
• Der Verlauf des Verhältnisses zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und dem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel ist vorzugsweise zumindest bereichsweise durch eine Polynomfunktion dritten Grades bestimmt, insbesondere wobei der geschwindigkeitsabhängige, maximal einstellbare Lenkwinkel und der geschwindigkeitsabhängige, maximal einstellbare Radstellwinkel als Einflussparameter in der Polynomfunktion enthalten sind. Der Verlauf des virtuellen Übersetzungsverhältnisses ist dadurch besonders gleichmäßig. Anstelle des geschwindigkeitsabhängigen maximalen Radstellwinkels kann auch eine Position des Stellmechanismus, bei welcher der geschwindigkeitsabhängigen maximale Radstellwinkel vorliegt, als Einflussparameter dienen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt bei einem Lenkwinkel von Null bis zu einem definierten, geschwindigkeitsabhängigen Lenkwinkel, der insbesondere geringer ist als der maximal einstellbare geschwindigkeitsabhängige Lenkwinkel, ein konstantes Verhältnis zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und dem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel vor und erst bei Überschreiten des definierten, geschwindigkeitsabhängigen Lenkwinkels ist das Verhältnis variabel durch die Polynomfunktion bestimmt. Das konstante Verhältnis, insbesondere das virtuelle Übersetzungsverhältnis, ist durch einen linearen Abschnitt der Kennlinie abgebildet. In dem Bereich, in dem das virtuelle Verhältnis variabel ist, hat die Kennlinie zumindest überwiegend einen nicht linearen Verlauf. Der definierte, geschwindigkeitsabhängige Lenkwinkel liegt beispielsweise je nach Geschwindigkeit zwischen 2, 5° und 10°. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten eine besonders direkte virtuelle Übersetzung um die Mittenlage des Steuerelements vorliegt. Anders ausgedrückt wird eine Lenkbewegung in diesem Lenkwinkelbereich beim langsamen Rollen mehr verstärkt als bei schnellen Fahrgeschwindigkeiten. Somit kann ein Rangieren des Fahrzeugs besonders komfortabel erfolgen.
• Beispielsweise ist innerhalb des linearen Bereichs das Verhältnis zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und dem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel durch einen geschwindigkeitsabhängigen Verstärkungsfaktor bestimmt. Der Verstärkungsfaktor beträgt beispielsweise zwischen 0,8 und 2,5, insbesondere zwischen 0,95 und 2,3, und bezieht sich entweder auf einen festgelegten virtuellen Wert oder auf ein physikalisches Übersetzungsverhältnis, zum Beispiel auf einen Zahnstangenhub pro Umdrehung eines an der Zahnstange angreifenden Ritzels. Anders ausgedrückt bezieht sich der Verstärkungsfaktor auf eine Referenzübersetzung innerhalb des Lenksystems oder auf die Gesamtübersetzung von Lenkradwinkel auf Radstellwinkel. Mittels eines geschwindigkeitsabhängigen Verstärkungsfaktors lässt sich das Übersetzungsverhältnis im linearen Bereich besonders einfach definieren.
• Alternativ kann anstelle des Verstärkungsfaktors ein absoluter Betrag der Übersetzung verwendet werden.
• Die Polynomfunktion kann im Lenkbereich einen Wendepunkt haben. Dies trägt zu einem gleichmäßigen Verlauf des virtuellen Übersetzungsverhältnisses im polyomen Bereich bei. Konkret wird vermieden, dass sich das virtuelle Übersetzungsverhältnis in einem weiten Bereich des Lenkwinkelbereichs nur langsam erhöht und erst nahe dem maximalen Lenkwinkel stark ansteigt. Alternativ kann die Polynomfunktion einen Wendepunkt außerhalb des Lenkbereichs aufweisen.
• Der Lenkbereich ist der Bereich zwischen Null und dem maximalen Lenkwinkel.
• Der geschwindigkeitsabhängige Lenkwinkel, bis zu dem ein konstantes Verhältnis zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und dem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel vorliegt, und/oder der geschwindigkeitsabhängige Verstärkungsfaktor und/oder die Position des Wendepunkts und/oder der maximal einstellbare Radstellwinkel und/oder der maximal einstellbare Lenkwinkel können für verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten in einer Lookup-Tabelle hinterlegt sein. Dies ermöglicht eine besonders schnelle Berechnung des Übersetzungsverhältnisses in der Steuereinheit.
• Gemäß einer Ausführungsform sind in der Steuereinheit mindestens zwei, insbesondere mindestens fünf, beispielsweise sechs Fahrgeschwindigkeitsstützstellen hinterlegt, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, für die Fahrgeschwindigkeitsstützstellen einen Verlauf des Verhältnisses zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und dem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel über den Lenkwinkel zu berechnen. Indem Fahrgeschwindigkeitsstützstellen hinterlegt sind, für welche der Verlauf des Übersetzungsverhältnisses berechnet wird, wird nur für eine begrenzte Anzahl an Fahrzeuggeschwindigkeiten das Übersetzungsverhältnis exakt berechnet. Dadurch kann die erforderliche Rechenkapazität der Steuereinheit deutlich reduziert sein.
• Vorzugsweise ist die Steuereinheit eingerichtet, einen Sollwert für den Stellmechanismus zwischen den Fahrgeschwindigkeitsstützstellen zu interpolieren. Auf diese Weise kann ein Kennfeld für die jeweilige Fahrzeuggeschwindigkeit auch bei reduzierter Rechenkapazität hinreichend genau festgelegt werden.
• Der Stellmechanismus kann eine Zahnstange oder mindestens einen elektromotorischen Stellaktuator umfassen. Sowohl eine Zahnstange als auch ein elektromotorischer Stellaktuator eignen sich dazu, einen definierten Radstellwinkel einzustellen.
• Beispielsweise kann ein eigener elektromotorischer Stellaktuator für jedes Rad eines Fahrzeugs vorgesehen sein.
• Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Erstellen eines Kennfeldes für den Sollwert einer Position des Stellmechanismus zum Einstellen eines Radstellwinkels, insbesondere für den Sollwert eines Radstellwinkels, in einem Steer-by-wire-Lenksystem für ein Fahrzeug, wobei das Kennfeld mittels einer Steuereinheit basierend auf einem Lenkwinkel eines Steuerelements und einer Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt wird, derart, dass ein von dem Stellmechanismus einstellbarer Radstellwinkel von einem eingestellten Lenkwinkel und von einer Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, und wobei ein maximal einstellbarer Radstellwinkel und/oder ein maximal einstellbarer Lenkwinkel in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt ist.
• Wie bereits in Zusammenhang mit dem Lenksystem erläutert, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren der Vorteil erreicht, dass in einem definierten Lenkwinkelbereich ein abstimmbarer Bereich innerhalb des gesamten möglichen Radstellbereichs genutzt wird. Hierdurch wird in allen Fahrgeschwindigkeitsbereichen ein hoher Lenkkomfort sowie eine gute Führbarkeit des Fahrzeugs erreicht.
• Das Verfahren kann auch so verfeinert werden, wie gerade zum Lenksystem besprochen oder wie in den Unteransprüchen zum Lenksystem angegeben.
• Es ist auch denkbar, dass anstelle des Radstellwinkels eine Trajektorie des Fahrzeugs selbst als Sollwert dienen kann. Die Trajektorie kann durch Verwendung von Modellen zur Fahrsimulation festgestellt werden.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
• - 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Steer-by-Wire Lenksystem,
• - 2 den Verlauf eines Zahnstangenhubs für verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten, und
• - 3 den Verlauf eines Zahnstangenhubs für verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten gemäß einer weiteren Ausführungsform.
• 1 veranschaulicht schematisch ein Steer-by-Wire Lenksystem 10 für ein Fahrzeug mit einem Steuerelement 12, das im Ausführungsbeispiel ein Lenkrad ist.
• Das Lenksystem 10 umfasst des Weiteren einen Stellmechanismus 14.
• Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Stellmechanismus 14 eine Zahnstange 16 und einen Stellmotor 18, wobei zwischen der Zahnstange 16 und dem Stellmotor 18 ein mechanischer Übersetzungsmechanismus wirkt, der im Ausführungsbeispiel durch ein Ritzel 19 realisiert ist. Alternativ ist auch ein Kugelumlauf oder ähnliches denkbar.
• Die Zahnstange 16 bildet eine Vorderachse, welche zwei Vorderräder 20, 22 trägt. Das System ist aber auch auf eine Hinterachslenkung anwendbar.
• In einer alternativen Ausführungsform, die der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, umfasst der Stellmechanismus 14 statt einer Zahnstange 16 und einem Ritzel 19 elektromotorische Stellaktuatoren, wobei jedem Rad 20, 22 ein Stellaktuator zugeordnet ist.
• Bei einem Steer-by-Wire Lenksystem 10 besteht keine mechanische Koppelung zwischen dem Lenkrad 12 und Rädern 20, 22. Stattdessen wird ein Radstellwinkel mittels des Stellmotors 18 eingestellt.
• Zu diesem Zweck wird das Ritzel 19, das mit der Zahnstange 16 in verzahntem Eingriff ist, mittels des Stellmotors 18 rotiert, wodurch die Zahnstange 16 linear bewegt wird.
• Für die Zahnstange 16 ist ausgehend von einer Neutralstellung beispielsweise einen maximalen Weg von +/- 90 mm definiert.
• Das Lenksystem 10 weist einen Sensor 26, beispielsweise einen Winkelsensor auf, der dazu dient, einen Lenkwinkel zu erfassen.
• Basierend auf dem durch den Sensor 26 erfassten Lenkwinkel wird ein Signal an einen Stellmotor 18 gesendet.
• Genauer gesagt hat das Lenksystem 10 eine Steuereinheit 28, die einen vom Sensor 26 erfassten Wert verarbeitet und ein entsprechendes Signal an den Stellmotor 18 sendet.
• Die Steuereinheit 28 ist insbesondere eingerichtet, basierend auf einem Lenkwinkel des Steuerelements 12 und einer Fahrzeuggeschwindigkeit ein Kennfeld für den Sollwert einer Position des Stellmechanismus 14 auszugeben. Konkret wird eine Sollposition bzw. ein Zustand des Stellmotors 18 vorgegeben. Somit hängt der von dem Stellmechanismus 14 einstellbare Radstellwinkel von einem eingestellten Lenkwinkel und von einer Fahrzeuggeschwindigkeit ab.
• Dabei ist ein maximal einstellbarer Radstellwinkel und/oder ein maximal einstellbarer Lenkwinkel in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt, wie nachfolgend noch detaillierter erläutert wird. Der Radstellwinkel ist außerdem auf einen absoluten maximalen Wert begrenzt. Der maximale Radstellwinkel ist dann erreicht, wenn die Zahnstange 16 ihren definierten maximalen Weg zurückgelegt hat.
• Der maximale Weg der Zahnstange 16 ist in der Steuereinheit 28 hinterlegt und auf das Lenksystem 10 applizierbar.
• In 2 ist ein Zahnstangenhub (Y-Achse) über dem Lenkwinkel (X-Achse) für verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten aufgetragen.
• In 2 veranschaulicht die Kurve 30 einen Verlauf bei einer Geschwindigkeit von 15 km/h und die Kurve 32 einen Verlauf bei einer Geschwindigkeit von 30 km/h.
• Aus dem unterschiedlichen Verlauf der Kurven 30, 32 wird deutlich, dass für die verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten bei einer bestimmten Stellung des Steuerelements 12 unterschiedliche Sollwerte für eine Position des Stellmechanismus 14 vorliegen, also unterschiedliche Radstellwinkel oder anders ausgedrückt unterschiedliche Zielwerte für den Zahnstangenweg innerhalb des Lenkwinkelbereichs.
• Aus 2 geht hervor, dass bei einem Lenkwinkel von Null bis zu einem definierten, geschwindigkeitsabhängigen Lenkwinkel ein konstantes Übersetzungsverhältnis vorliegt. Für die Fahrzeuggeschwindigkeit von 15 km/h beträgt der definierte, geschwindigkeitsabhängige Lenkwinkel ca. 10° (gekennzeichnet durch Punkt 34) und für die Fahrzeuggeschwindigkeit von 30 km/h 20° (gekennzeichnet durch Punkt 36).
• In dem linearen Bereich ist das Verhältnis zwischen einer Auslenkung des Steuerelements 12 und dem durch den Stellmechanismus 14 eingestellten Radstellwinkel, also das virtuelle Übersetzungsverhältnis, durch einen geschwindigkeitsabhängigen Verstärkungsfaktor bestimmt. Dadurch ergeben sich die unterschiedlichen Steigungen der Kurven 30, 32 im jeweiligen linearen Bereich.
• Alternativ kann statt des Verstärkungsfaktors auch ein konkreter Betrag für das virtuelle Übersetzungsverhältnis, welches geschwindigkeitsabhängig variiert, gewählt werden.
• Im übrigen Bereich ist der Verlauf des virtuellen Übersetzungsverhältnisses durch eine Polynomfunktion dritten Grades bestimmt. Anders ausgedrückt ist bei Überschreiten des definierten, geschwindigkeitsabhängigen Lenkwinkels das virtuelle Übersetzungsverhältnis durch die Polynomfunktion bestimmt.
• Die Polynomfunktionen haben bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils im Lenkbereich einen Wendepunkt 38, 40. Beispielsweise hat die Kurve 30 einen Wendepunkt 38 bei einem Lenkwinkel von 120° und die Kurve 32 hat einen Wendepunkt 40 bei einem Lenkwinkel von 100°.
• Konkret ist die Steuereinheit 28 eingerichtet, den Verlauf des Verhältnisses zwischen einer Auslenkung des Steuerelements 12 und dem durch den Stellmechanismus 14 eingestellten Radstellwinkel bzw. eine Zahnstangenposition y als Funktion des Lenkwinkels x außerhalb des linearen Bereichs nach folgender Formel zu berechnen: $$y\left(x\right)={\text{a}}_3\cdot {\left(\text{x}-{\text{x}}_1\right)}^3+{\text{a}}_2\cdot {\left(\text{x}-{\text{x}}_1\right)}^2+{\text{a}}_1\cdot \left(\text{x}-{\text{x}}_1\right)+{\text{a}}_0$$

  

x1

steht dabei für den definierten, geschwindigkeitsabhängigen Lenkwinkel, bis zu dem ein konstantes Übersetzungsverhältnis vorliegt.

a1

steht für den Verstärkungsfaktor im linearen Bereich.

a0

ist das Produkt aus dem Verstärkungsfaktor im linearen Bereich und der

• Größe des linearen Bereichs.

a2

wird berechnet nach der Formel a₂ = 3 · a₃ · (x₁ - x_r), wobei x_r die Position der Wendepunkte beschreibt.

a3

berechnet sich wiederum nach der Formel:

$$a_3=\frac{y_m-a_1\cdot \left(x_m-x_1\right)-a_0}{{\left(x_m-x_1\right)}^3+3\cdot \left(x_1-x_r\right)\cdot {\left(x_m-x_1\right)}^2}$$

x_m steht für dabei den maximalen einstellbaren Lenkwinkel und y_m für eine maximal ausgelenkte Position der Zahnstange 16, wodurch auch ein maximal einstellbarer Radstellwinkel begrenzt ist.
• Der maximal einstellbare Lenkwinkel und der maximal einstellbare Radstellwinkel sind folglich als Einflussparameter in der Polynomfunktion enthalten.
• Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der maximal einstellbare Radstellwinkel geschwindigkeitsabhängig. Insbesondere nimmt der maximal einstellbare Radstellwinkel mit zunehmender Geschwindigkeit ab.
• Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 beträgt die maximal ausgelenkte Position der Zahnstange 16 bei einer Geschwindigkeit von 15 km/h 90 mm und bei einer Geschwindigkeit von 30 km/h 70 mm.
• Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 beträgt der maximale Lenkwinkel +/- 180°.
• Vorzugsweise sind sämtliche Einflussparameter geschwindigkeitsabhängig.
• In der Steuereinheit 28 sind beispielsweise mehrere Fahrgeschwindigkeitsstützstellen hinterlegt, insbesondere bei 15 km/h, 30 km/h, 50 km/h, 70 km/h, 100 km/h und 150 km/h.
• Die Steuereinheit 28 ist eingerichtet, für die Fahrgeschwindigkeitsstützstellen das Kennfeld für den Sollwert einer Position des Stellmechanismus 14 oder anders ausgedrückt einen Verlauf des virtuellen Übersetzungsverhältnisses bzw. eine Position der Zahnstange 16 über den Lenkwinkel gemäß der vorgenannten Formel genau zu berechnen.
• Für die übrigen Geschwindigkeiten zwischen den Fahrgeschwindigkeitsstützstellen kann die Steuereinheit 28 den Sollwert einer Position des Stellmechanismus 14 interpolieren.
• Der geschwindigkeitsabhängige Lenkwinkel, bis zu dem ein konstantes virtuelles Übersetzungsverhältnis vorliegt, und/oder der geschwindigkeitsabhängige Verstärkungsfaktor und/oder ein festgelegter Wert für das virtuelle Übersetzungsverhältnis und/oder die Position des Wendepunkts und/oder der maximal einstellbare Radstellwinkel und/oder der maximal einstellbare Lenkwinkel können für verschiedene Geschwindigkeiten in einer Lookup-Tabelle hinterlegt sein, wobei die Geschwindigkeiten vorzugsweise den Fahrgeschwindigkeitsstützstellen entsprechen. Dies vereinfacht die Berechnung des Übersetzungsverhältnisses.
• Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht.
• Gemäß der in 3 veranschaulichten Ausführungsform ist im Unterschied zu der in 2 veranschaulichten Ausführungsform neben dem maximal einstellbareren Radstellwinkel auch der maximal einstellbare Lenkwinkel geschwindigkeitsabhängig.
• Im Ausführungsbeispiel beträgt der maximal einstellbare Lenkwinkel +/- 180° bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 15 km/h und +/- 160° bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 30 km/h.
• In einer weiteren alternativen Ausführungsform, die der Einfachheit halber nicht veranschaulicht ist, ist nur der maximal einstellbare Lenkwinkel begrenzt.
• Das beschriebene Lenksystem 10 eignet sich insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens zum Erstellen eines Kennfeldes für den Sollwert einer Position des Stellmechanismus 14 zum Einstellen eines Radstellwinkels in einem Steer-by-wire-Lenksystem 10 für ein Fahrzeug, wobei das Kennfeld mittels der Steuereinheit 28 basierend auf einem Lenkwinkel eines Steuerelements 12 und einer Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt wird, derart, dass ein von dem Stellmechanismus 14 einstellbarer Radstellwinkel von einem eingestellten Lenkwinkel und von einer Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, und wobei ein maximal einstellbarer Radstellwinkel und/oder ein maximal einstellbarer Lenkwinkel in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt ist.

Claims (10)

1. Steer-by-wire-Lenksystem (10) für ein Fahrzeug, mit einem durch einen Fahrer betätigbaren Steuerelement (12) zur Lenkwinkeleingabe, einem Stellmechanismus (14) zum Einstellen eines Radstellwinkels und mit einer Steuereinheit (28), die eingerichtet ist, basierend auf einem Lenkwinkel des Steuerelements (12) und einer Fahrzeuggeschwindigkeit ein Kennfeld für den Sollwert einer Position des Stellmechanismus auszugeben, wobei ein von dem Stellmechanismus einstellbarer Radstellwinkel von einem eingestellten Lenkwinkel und von einer Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, und wobei ein maximal einstellbarer Radstellwinkel und/oder ein maximal einstellbarer Lenkwinkel in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt ist.
2. Lenksystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Verhältnisses zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und dem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel zumindest bereichsweise durch eine Polynomfunktion dritten Grades bestimmt ist, insbesondere wobei der geschwindigkeitsabhängige, maximal einstellbare Lenkwinkel (x_m) und der geschwindigkeitsabhängige, maximal einstellbare Radstellwinkel als Einflussparameter in der Polynomfunktion enthalten sind.
3. Lenksystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Lenkwinkel von Null bis zu einem definierten, geschwindigkeitsabhängigen Lenkwinkel ein konstantes Verhältnis zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und dem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel vorliegt und erst bei Überschreiten des definierten, geschwindigkeitsabhängigen Lenkwinkels das Verhältnis durch die Polynomfunktion bestimmt ist.
4. Lenksystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des linearen Bereichs das Verhältnis zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und dem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel durch einen geschwindigkeitsabhängigen Verstärkungsfaktor bestimmt ist.
5. Lenksystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polynomfunktion im Lenkbereich oder außerhalb vom Lenkbereich einen Wendepunkt (38, 40) hat.
6. Lenksystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der geschwindigkeitsabhängige Lenkwinkel (x₁), bis zu dem ein konstantes Verhältnis zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und dem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel vorliegt, und/oder der geschwindigkeitsabhängige Verstärkungsfaktor (a₁) und/oder die Position des Wendepunkts (38, 40) und/oder der maximal einstellbare Radstellwinkel und/oder der maximal einstellbare Lenkwinkel für verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten in einer Lookup-Tabelle hinterlegt sind.
7. Lenksystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (28) mindestens zwei, insbesondere mindestens fünf Fahrgeschwindigkeitsstützstellen hinterlegt sind, wobei die Steuereinheit (28) eingerichtet ist, für die Fahrgeschwindigkeitsstützstellen einen Verlauf des Verhältnisses zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und dem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel über den Lenkwinkel zu berechnen.
8. Lenksystem (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (28) eingerichtet ist, einen Verlauf des Verhältnisses zwischen einer Auslenkung des Steuerelements und dem durch den Stellmechanismus eingestellten Radstellwinkel zwischen den Fahrgeschwindigkeitsstützstellen zu interpolieren.
9. Lenksystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmechanismus (14) eine Zahnstange (16) oder mindestens einen elektromotorischen Stellaktuator umfasst.
10. Verfahren zum Erstellen eines Kennfeldes für den Sollwert einer Position des Stellmechanismus in einem Steer-by-wire-Lenksystem (10) für ein Fahrzeug, wobei das Kennfeld mittels einer Steuereinheit (28) basierend auf einem Lenkwinkel und einer Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt wird, derart, dass ein von dem Stellmechanismus einstellbarer Radstellwinkel von einem eingestellten Lenkwinkel und von einer Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, und wobei ein maximal einstellbarer Radstellwinkel und/oder ein maximal einstellbarer Lenkwinkel in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt ist.