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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Bestimmen des an einem Lenkrad wirkenden Lenkmoments bei einem
Fahrzeug.
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Es ist bekannt, dass das an einem
Lenkrad wirkende Lenkmoment mittels eines Momentenerzeugers zu beeinflussen
ist. Durch diese Maßnahme wird,
beispielsweise bei kennfeldgesteuerten Servolenkungen ein an die
aktuelle Fahrgeschwindigkeit angepasstes Verhalten des vom Fahrer
zu spürenden
Lenkmoments vorgegeben.
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Darüber hinaus ist es beispielsweise
aus der
DE 199 18
597 A1 bekannt, dass in bestimmten Fahrsituationen eine
Kippneigung des Fahrzeugs auftreten kann. Dabei ist es aus dieser
Druckschrift bekannt, bei Erreichen einer vorgegebenen Kippgrenze für die Kippneigung
des Fahrzeugs, die Kippgefahr durch einen Lenkeingriff an den gelenkten
Rädern des
Fahrzeugs zu mindern. Darüber
hinaus wird es auch beschrieben, wie die Kippneigung des Fahrzeugs
durch Eingriffe an weiteren Stellern, wie durch einen Bremseingriff,
weiter zu verbessern ist.
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Im übrigen wird in dieser Druckschrift
unter Verweis auf anderen Stand der Technik beschrieben, wie mittels
anderen Systeme, insbesondere einer Wanksteuerung, die Eingriffe
an den Federstellern einzelner Radaufhängungen vornimmt, und Fahrdynamikregelsystemen,
die Antriebs- und Bremseingriffe vorneh men, einer Kipptendenz des
Fahrzeugs entgegengewirkt werden kann.
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Die hieraus bekannten Stelleingriffe
wirken einer Kipptendenz entgegen, sind aber nicht in der Lage,
dem Fahrer die Annäherung
an eine kritische Fahrsituation zu kommunizieren. Auch sind diese Systeme
nicht in der Lage den Fahrer zu einem Fahrverhalten anzuregen, bei
dem diese Kipptendenz vermieden wird.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung
eine Möglichkeit
zu schaffen, den Fahrer über
die Kippgefahr des Fahrzeugs zu informieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren
zum Bestimmen eines an einem Lenkrad wirkenden Lenkmoments gelöst.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Bestimmen eines an einem Lenkrad wirkenden Lenkmoments bei einem
Fahrzeug. Dabei wird das an dem Lenkrad des Fahrzeugs wirkende Lenkmoment mittels
eines ansteuerbaren Momentenstellers in Abhängigkeit des Fahrzustandes
des Fahrzeugs erzeugt. Gemäß der Erfindung
wird dabei aus gemessenen Größen eine
Kippneigung des Fahrzeugs abgeleitet und dann das am Lenkrad wirkende
Lenkmoment in Abhängigkeit
der Kippneigung und des Fahrzustandes bestimmt wird.
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Durch diese Maßnahme wird es ermöglicht, das
Erreichen einer gewissen Kippgefahr dem Fahrer zu signalisieren.
Dies kann bereits unterhalb einer Schwelle erfolgen, bei der ein
ggf. möglicher
weiterer, das Kippen des Fahrzeugs verhindernder Eingriff erforderlich
wird. Der Fahrer wird zu einem angemesseneren Fahrverhalten angeregt.
Darüber
hinaus erfordert ein solcher Eingriff gegenüber einer üblichen Lenkung mit einem Momentensteller
kaum weiteren Aufwand und ist daher in vorteilhafter Weise kostengünstig ausführbar.
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Die Kippneigung eines Fahrzeugs kann
dabei in vielfältiger
Weise bestimmt werden. Zur Bestimmung der Kippneigung können vielfältige Kriterien
alleine oder zu mehreren herangezogen werden. Es kann beispielsweise
die stationäre
Kippgrenze verwendet werden, die das Kippen des Fahrzeugs bei stationärer Kurvenfahrt
im wesentlichen in Abhängigkeit
der Querbeschleunigung des Fahrzeuges definiert. Es kann auch der
aktuelle Kippwinkel, beispielsweise aus der Rollgeschwindigkeit
des Fahrzeugs oder aus Federwegen von Radaufhängungen, berechnet werden.
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Alternativ oder ergänzend ist
es möglich
die Radlastbilanz zu ermitteln. Sinkt die Radlast an einer Fahrzeugseite
zu sehr ab, so kann ebenfalls auf eine Kippneigung des Fahrzeugs
geschlossen werden. Auch die Rollenergie, beispielsweise abgeleitet
aus Querbeschleunigung, Rollgeschwindigkeit oder Federwegen von
Radaufhängungen,
kann als Kriterium verwendet werden. Ein weiteres mögliches
Kriterium für
eine Kippneigung kann aus Raddrehzahlen abgeleitet werden. Dabei
kann auf eine Kippneigung geschlossen werden, wenn an Rädern bei
Erzeugen eines geringen Prüfbremsdruckes
ein nahezu sofortiger Stillstand des Rades erreicht wird. Dann ist
das Rad wenigstens nahezu vollkommen entlastet und frei drehend.
Es kann also auch schon mit geringen Bremsdrücken zum fast sofortigen Stillstand
gebracht werden.
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Die Kippneigung leitet sich dann
aus dem Abstand des aktuellen Fahrzustandes von den bezüglich einer
oder mehrerer dieser Kriterien und dafür vorgegebener Grenzwerte ab.
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Die Kippneigung kann insbesondere
als ein Wahrscheinlichkeitswert, mit einem Definitionsbereich zwischen
0 und 1, bestimmt werden. Es ist dann ein Schwellenwert für den Beginn
einer aufgrund der Kippneigung erfolgenden Veränderung des am Lenkrad wirkenden
Lenkmoments vorgebbar. Überschreitet
die Kippneigung den Grenzwert, so wird ein anderes, von anderen, unkritischeren
Fahrzuständen
abweichendes am Lenkrad wirkendes Lenkmoment bestimmt. Es ist dabei
denkbar eine Hysterese für
die Beendigung der Veränderung
des am Lenkrad wirkenden Lenkmoments vorsehbar. Während einer
solchen Veränderung
des Lenkmoments aufgrund der Kippneigung kann das Lenkmoment mittels
wenigstens einer Kennlinie und/oder unter Verwendung von Modellen,
insbesondere modellgestützten
Beobachtern erfolgen. Dabei ist es darüber hinaus auch möglich, dass
mit steigender Kippwahrscheinlichkeit die Intensität der Veränderung
des Lenkmoments am Lenkrad zunimmt.
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Gemäß bevorzugter Ausgestaltung
der Erfindung wird das am Lenkrad wirkende Lenkmoment derart bestimmt,
dass eine Lenkbetätigung,
die eine zunehmende Kippneigung zur Folge hat, erschwert wird. Auf
diese Weise wird die erforderliche Schwelle einer Betätigung des
Lenkrades, die eine weitere Annäherung
an die Kippgrenze bzw. einen dies verhindernden Eingriff an weiteren
Stellern zur Folge hat, erhöht.
Dem Fahrer wird signalisiert, dass dieses Verhalten ungünstig ist,
dennoch kann er eine entsprechende Betätigung trotzdem durchführen. Alternativ
oder ergänzend
ist es gemäß vorteilhafter
Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, dass das am Lenkrad
wirkende Lenkmoment derart bestimmt wird, dass eine Lenkbetätigung,
die eine abnehmende Kippneigung zur Folge hat, erleichtert wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung sieht eine Anpassung des Lenkmoments dahingehend, dass
bei Kippneigung ein Erhöhen
des in die Geradeausfahrstellung gerichteten Rückstellmoments erfolgt, vor.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor,
dass beim Vorliegen einer Kippneigung die Dämpfung des Lenkmoments erhöht wird.
Durch diese Maßnahme
wird ein sogenanntes Verreißen
der Lenkung, beispielsweise aus einer Schreckreaktion des Fahrers,
sowohl im Sinne einer weiteren Annäherung als auch in entgegengesetzter
Richtung, im Sinne eines Verhinderns des Aufschaukelns des Fahrzeugkörpers, vermieden. Diese
beiden Maßnahmen können gleichzeitig
oder zu unterschiedlichen Schwellen der Kippneigung vorgenommen
werden.
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Gemäß anderer vorteilhafter Ausgestaltung der
Erfindung ist es vorgesehen, dass das am Lenkrad wirkende Lenkmoment
modellgestützt,
insbesondere in einem Beobachter ermittelt wird.
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Darüber hinaus kann es gemäß vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen sein, dass neben dem Lenkmoment weitere
Stelleingriffe durch Steller, insbesondere aus der Menge Radbremsen, Lenkwinkelsteller,
Steller der Fahrzeugfederung (Federsteller), in Abhängigkeit
der Kippneigung durchgeführt
werden. Durch geeignete Eingriffe kann die Kippneigung des Fahrzeugs
durch Verlagerung der Radlasten, Erhöhen des gefahrenen Kurvenradius, Abbau
von Seitenführungskräften oder
Anpassung der Fahrgeschwindigkeit die Kippneigung des Fahrzeugs
gemindert werden. Erfolgt ein Stelleingriff an einem Lenkwinkelsteller,
so kann dieser Stelleingriff vom Lenkmoment am Lenkrad entkoppelt
durchgeführt
werden, so dass der Fahrer diesen Stelleingriff nicht beim am Lenkrad
wirkenden Lenkmoment verspürt.
Dabei können
die Stelleingriffe über
die verschiedenen Steller gemäß weiterführender
Ausgestaltung durch einen Optimierer aufeinander abgestimmt werden,
wobei die Optimierung in Abhängigkeit
der Kippneigung erfolgt. Dabei kann, insbesondere bei der Optimierung,
zunächst
das Lenkmoment an die Kippneigung angepasst werden und erst mit weiter
zunehmender Tendenz der Kippneigung weitere Stelleingriffe durchgeführt werden.
Auch die zu weiteren Stelleingriffen herangezogenen Steller können in
Abhängigkeit
der Kippneigung bestimmt sein, so dass mit zunehmender Kippneigung
mehr Steller ansteuerbar sind.
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Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung wird bei der Ermittlung der Kippneigung die zu erwartende
Fahrstrecke ermittelt und bei der Ermittlung von Stellgrößen berücksichtigt
wird. Die zu erwartende Fahrstrecke kann dabei durch wenigs tens eine
der Einrichtungen aus optischer Erfassungseinrichtung, wie einer
Kamera (im sichtbaren oder nicht sichtbaren Bereich des Lichts),
und Navigationssystem ermittelt werden. Durch diese Maßnahme kann in
vorausschauender, prädikativer
Weise eine Annahme über
die weitere zu fahrende Strecke und die sich daraus ergebenden Folgen
für die
Kippneigung getroffen werden. Wird über das Navigationssystem oder
die Kamera festgestellt, dass die Kurve der gefahrenen Fahrbahn
weiter wird, so kann von einer abnehmenden Kippneigung ausgegangen
werden, während
umgekehrt von einer zu erwartenden zunehmenden Kippneigung ausgegangen
werden kann, wenn sich der Kurvenradius der Fahrstrecke noch verringert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung liegt bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug
vor, das einen das Lenkmoment an einem Lenkrad beeinflussenden Momentensteller
aufweist, der gemäß einem
der vorstehend beschriebenen Verfahren angesteuert wird.
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Neben den Ansprüchen ist die Erfindung auch
in der Beschreibung dargelegt. Im übrigen ist die Erfindung auch
anhand des in der Zeichnung dargelegten Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigt:
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1 das
Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 den
Verlauf des Lenkmoments am Lenkrad über dem Lenkwinkel ohne Vorliegen
einer Kippgefahr und bei Vorliegen einer Kippgefahr; und
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3 den
Verlauf der Dämpfung
des Lenkmoments über
der Betätigungsgeschwindigkeit
des Lenkrades ohne Kippgefahr und bei Kippgefahr.
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Die 1 zeigt
das Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung
des an einem Fahrzeug wirkenden Lenkmoments.
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In einem Kipperkenner
101 wird
aufgrund zugeführter
Größen wie
Raddrehzahlen, Langs-, Querbeschleunigung, Giergeschwindigkeit,
Federwege von Radaufhängungen
oder Position von Federstellern, eine Kippneigung bestimmt und an
einen Mehrgrößenoptimierer
104 weitergeleitet.
An diesen Mehrgrößenoptimierer
104 wird
auch das Signal einer Fahrzustandserkennung
102 weitergeleitet.
In dieser Fahrzustandserkennung
102 wird beispielsweise
mittels eines Modells oder eines Beobachters aufgrund gemessener
Größen, wie
dem Lenkwinkel, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Giergeschwindigkeit,
der Querbeschleunigung und dergleichen das Vorliegen einer bestimmten
Fahrsituation, wie beispielsweise μ-split, begrenzter nutzbarer
Kraftschluss zwischen Fahrbahn und Rädern, Querneigung der Fahrbahn,
Seitenwind oder Steigungsfahrt, erkannt. Darüber hinaus wird das Ist-Fahrverhalten mittels
einem Modell, wie einem Beobachter, oder nur durch Sensoren erfasst.
Dabei werden beispielsweise Größen wie
die Giergeschwindigkeit und der Schwimmwinkel, aus anderen Größen, wie
Lenkwinkel, Giergeschwindigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit oder Querbeschleunigung,
abgeleitet. Mittels einem Modell, wie beispielsweise einem Beobachter
wird dann ein Soll-Fahrverhalten für das Fahrzeug ermittelt, bei
welchem ein Kippen des Fahrzeugs vermieden wird. Das Soll-Fahrverhalten
wird dabei über Größen wie
Giergeschwindigkeit und Schwimmwinkel im wesentlichen bestimmt.
Dabei erfolgt die Auswahl des Modells und der Größen durch den Fachmann in angepasster
Weise. Ansätze
zur Modellbildung bzw. entsprechende theoretische Beschreibung des
Fahrverhaltens eines Fahrzeugs bei Kippneigung können dabei beispielsweise der
DE 199 18 597 A1 und
den dort genannten Quellen entnommen werden.
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Darüber hinaus kann dem Mehrgrößenoptimierer 104 aus
einem Fahrstreckenprädikator 103 ein
Signal über
den Verlauf der zu erwarteten Fahrstrecke zugeführt werden. Dabei nutzt der
Fahrstreckenprädikatior 103 beispielsweise
eine Kamera oder ein Navigationssystem zum Erfassen des Verlaufs
der vorausliegenden Fahrstrecke.
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In dem Mehrgrößenoptimierer 104 wird
die Ansteuerung der Stellglieder in Abhängigkeit der ermittelten Kippneigung
und ggf. dem zu erwartenden Verlauf der Fahrstrecke durchgeführt. Dabei
werden von dem Mehrgrößenoptimierer
der Momentensteller 108 für das am Lenkrad wirkende Moment
sowie beispielsweise die Federsteller einer Wanksteuerung 105,
die Bremssteller 106 eines Bremssystems, das vorzugsweise
auch aktive, von der Bremsbetätigung durch
den Fahrer unabhängige
Bremseingriffe durchführen
kann, und ein Lenkwinkelsteller 107 angesteuert. Der Wanksteuerung 105 wird
dabei von dem Mehrgrößenoptimierer 104 beispielsweise
wenigstens eine Größe aus Sollfahrzeugniveau,
Soll-Wankmomentenverteilung oder Soll-Dämpfung der Federsteller der
Radaufhängungen
vorgegeben. Dem Bremssteller 106 werden entsprechende Soll-Radumfangskräfte oder
Soll-Radbremsdrücke und
dem Lenkwinkelsteller 107 ein Soll-Radlenkwinkel vorgegeben. Dem Momentensteller 108 wird
ein am Lenkrad wirkendes Soll-Lenkmoment oder ein Differenzmoment
vorgegeben, das dem aufgrund des Radlenkwinkels am Lenkrad wirkenden
Lenkmoment überlagert
wird.
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Die 2 zeigt
den Verlauf des Lenkmoments M z, das an dem Lenkrad mittels des
Momententenerzeugers 108 erzeugt wird, über dem Lenkwinkel, in durchgezogener
Linie 1 ohne Anpassung an eine Kippneigung und in gestrichelter
Linie 2 die Anpassung an eine Kippneigung, für den Fall,
dass sich das Lenkrad bei einem Lenkradwinkel δ befindet.
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Liegt nun ein Lenkwinkel D = δ und gleichzeitig
ein Überschreiten
eines Schwellenwertes der Kippneigung vor, so wird dem Verlauf des
Lenkmoments gemäß der durchgezogenen
Linie 1 ein solches Moment hinzuaddiert, dass sich der
Verlauf der gestrichelten Linie 2 ergibt. Kurz vor der
Mittellage der Lenkung (Lenkwinkel D = 0) erfolgt dann ein Übergang
auf die durchgezogene Linie 1, im dargestellten Ausführungsbeispiel gilt
dann beispielsweise spätestens
für Lenkwinkel
D ≥ 0° wieder der
Verlauf der Linie 1 für
das Lenkmoment.
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Durch dieses Verhalten wird eine
Betätigung der
Lenkung im Sinne eines Erzeugens betragsmäßig noch größerer Lenkwinkel D (D < δ) erschwert, das
Erzeugen eines betragsmäßig geringeren
Lenkwinkels D (D > δ) erleichtert.
Dies entspricht einem Erschweren einer die Kippneigung erhöhenden und dem
Erleichtern einer die Kippneigung verringernden Betätigung des
Lenkrades. Sofern diese Maßnahme nicht
ausreicht, die Kippneigung des Fahrzeugs auf ein ausreichendes Maß zu reduzieren,
sondern diese noch weiter zunimmt, können gemäß der beschriebenen Vorgehensweise
weitere Eingriffe an Stellern erfolgen. Der Verlauf der Kennlinie
entsprechend den Linien 1 und 2 kann dabei über Modelle
und Beobachter ebenso wie über
Kennlinien erreicht werden.
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Die 3 zeigt
in dem Verlauf der durchgezogenen Linie 3 den Betrag der
Dämpfungskomponente
M d des Lenkmoments über
der Lenkgeschwindigkeit VL des Lenkrades für den Fall, dass eine Kippneigung
vorliegt. Die gestrichelte Linie 4 zeigt den Verlauf des
Betrages dieser Komponente des Lenkmoments bei vorliegen einer Kippneigung, wobei
im dargestellten Ausführungsbeispiel
von einer Position des Lenkrades mit einem Lenkwinkel D < 0°, wie es
der Lenkwinkel D = δ in
der 2 ist, ausgegangen
wird. Der Verlauf der gestrichelten Linie 4 zeigt die Vorgabe
einer Dämpfung,
die eine härtere
Lenkung, also ein höheres
Lenkmoment, bei einer die Kippneigung erhöhenden Betätigungsgeschwindigkeit des
Lenkrades aufweist. Das Niveau der Linie 4 liegt für VL < 0°/s betragsmäßig höher als das
Niveau der Line 3. Andererseits wird die Dämpfung betragsmäßig verringert,
die Lenkung also weicher, wenn die Lenkbetätigung in Richtung erfolgt, die
die Kippneigung verringert. Nur wenn das Lenkrad zu schnell in die
die Kippneigung verringernde Richtung bewegt wird, wird wiederum
ein höheres Lenkmoment
vorgegeben, als es ohne Vorliegen einer Kippneigung der Fall wäre. Durch
diese Maßnahme
soll ein Ver reißen
der Lenkung oder Aufschwingen des Fahrzeugs durch Überreaktionen
des Fahrers vermieden werden. Daher verläuft die gestrichelte Linie 4 für VL > 0°/s zunächst unterhalb der durchgezogenen
Linie 3, schneidet diese dann aber und verläuft für Betätigungsgeschwindigkeiten
oberhalb des Schnittpunktes betragsmäßig oberhalb der Linie 3.
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Die Dämpfung ist also ein von der
Betätigungsgeschwindigkeit
VL des Lenkrades abhängiges
Lenkmoment des Lenkrades. Die Lenkmomente gemäß den 2 und 3 können additiv überlagert werden
um das Soll-Lenkmoment für
den Lenksteller 108 zu ergeben.