DE10236331B4 - Operating method for a vehicle steering system - Google Patents
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Abstract
Betriebsverfahren für eine Fahrzeug-Lenkanlage, die unabhängig von einem vom Fahrer des Fahrzeugs mit seiner Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkwinkel mittels eines Aktuators einen Lenkeinschlag zur Kompensation eines Stör-Giermomentes erzeugen kann, das durch auf den Fahrzeug-Aufbau einwirkende Kräfte hervorgerufen wurde, wobei das mehrspurige Fahrzeug mit einer Bremsanlage oder einem Antrieb ausgerüstet ist, mit der oder dem durch ein gezieltes Anlegen einer Längskraft an das oder die Fahrzeug-Räder zumindest einer Fahrzeug-Seite ebenfalls ein auf das Fahrzeug einwirkendes Giermoment erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Ausfalls des Aktuators nach Einleitung eines ein Stör-Giermoment kompensierenden Lenkeinschlages, der bei ausgefallenem Aktuator erhalten bleibt, die folgenden Schritte durchgeführt werden: 1) es wird das durch den Aktuator vor seinem Ausfall aufgrund des initiierten Lenkeinschlags erzeugte Aktuator-Giermoment berechnet, 2) es wird ein das Aktuator-Giermoment kompensierendes Gegen-Giermoment durch selbsttätiges Aufbringen einer Rad-Längskraft geeignet langsam aufgebaut, um dem Fahrer zu ermöglichen, diesem Gegen-Giermoment einen Lenkeinschlag entgegenzusetzen, 3) das Gegen-Giermoment wird geeignet langsam abgebaut, um dem Fahrer zu ermöglichen, das dann aufgrund des noch vorliegenden Lenkeinschlages auftretende Giermoment durch einen mit seiner Lenkhandhabe erzeugten Lenkeinschlag auszugleichen.Operating method for a vehicle steering system, which can independently of a predetermined by the driver of the vehicle with its steering handle steering angle by means of an actuator to generate a steering angle to compensate for a Stör-yaw moment caused by acting on the vehicle body forces, the multi-lane vehicle is equipped with a brake system or a drive, with or by a targeted application of a longitudinal force to the vehicle or the wheels of at least one vehicle side also acting on the vehicle yaw moment can be generated, characterized in that in the event of failure of the Actuator after initiation of an interference yaw moment compensating steering angle, which is maintained at failed actuator, the following steps are performed: 1) it is calculated by the actuator before its failure due to the initiated steering angle actuator yaw moment, 2) it is a the Ak tuator yaw moment compensating counter-yaw moment by automatically applying a wheel longitudinal force suitably built up slowly to allow the driver to counteract this counter yaw moment a steering lock, 3) the counter-yaw moment is suitably slowly degraded to allow the driver to then due to the still present steering angle occurring yaw moment compensate by a generated with his steering handle steering angle.
Description
Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Fahrzeug-Lenkanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei im weiteren anstelle des Begriffs „Lenkanlage” der Begriff „Lenksystem” verwendet wird. Zum Stand der Technik wird auf die
Grundsätzlich bekannt (bspw. unter dem Namen „ESP”) sind Fahrzeug-Bremsanlagen oder Regelungen des Fahrzeug-Antriebs, mit denen durch ein gezieltes Anlegen einer Längskraft an das oder die Fahrzeug-Räder zumindest einer Fahrzeug-Seite ein auf das Fahrzeug einwirkendes Giermoment erzeugbar ist. Damit können mehrspurige Kraftfahrzeuge, die aufgrund widriger Randbedingungen, bspw. aufgrund eines Übersteuervorgangs bei Kurvenfahrt, zum Ausbrechen neigen, stabilisiert werden. Ein entsprechendes sog. Stör-Giermoment, welches das Fahrzeug dann erfährt, kann bekanntermaßen kompensiert werden, indem die an die Räder der rechten und linken Fzg.-Seite angelegten Längskräfte geeignet unterschiedlich bemessen werden, was bspw. dadurch erfolgen kann, dass einseitig die Vortriebskraft reduziert und/oder einseitig eine Bremskraft angelegt wird. Selbstverständlich ist es dabei erforderlich, das auf das Fahrzeug einwirkende Giermoment geeignet festzustellen bzw. zu ermitteln.Basically known (for example, under the name "ESP") are vehicle braking systems or regulations of the vehicle drive, with which by selectively applying a longitudinal force to the one or more vehicle wheels of at least one vehicle side generating a yaw moment acting on the vehicle is. This multi-track motor vehicles that tend to break due to adverse conditions, eg. Due to oversteer during cornering, are stabilized. A corresponding so-called. Stör-yaw moment, which then experiences the vehicle can be compensated by the appropriate applied to the wheels of the right and left Fzg.-side longitudinal forces are dimensioned differently, which, for example, can be done by unilaterally the propulsive force reduced and / or one-sided braking force is applied. Of course, it is necessary to appropriately determine or determine the yaw moment acting on the vehicle.
Entsprechendes gilt aber auch bei anderen Störeinflüssen, so bspw. bei Auftreten von starkem Seitenwind, der ebenfalls neben einer Seitenkraft in Abhängigkeit von der Lage des Fzg.-Schwerpunktes in Relation zum sog. Seitenwind-Druckpunkt ein sog. Stör-Giermoment hervorrufen kann, wobei allgemein irgendwelche auf den Fahrzeug-Aufbau einwirkende Kräfte derartige Stör-Giermomente erzeugen können. Auch einem derartigen Stör-Giermoment kann durch Anlegen geeignet asymmetrischer Längskräfte an die Räder des mehrspurigen, insbesondere zweispurigen Fahrzeugs entgegengewirkt werden, d. h. es kann das Fahrzeug auf diese Weise stabilisiert werden. Dabei steht der Begriff „asymmetrische Rad-Längskraft” für unterschiedliche Rad-Längskräfte an den beiden Seiten des Fahrzeugs, seien es nun Vortriebskräfte oder Bremskräfte, wobei bekanntermaßen mittels derartiger asymmetrischer Längskräfte ein auf das Fahrzeug einwirkendes Giermoment erzeugt werden kann. Selbstverständlich kann es im Rahmen eines derartigen Stabilisierungsprozesses erforderlich sein, das auf das Fahrzeug aufgrund eines Störeinflusses einwirkende Giermoment geeignet festzustellen bzw. zu ermitteln.The same applies, however, in other disturbing influences, such as in the presence of strong crosswinds, which can also cause a so-called. Stör-yawing moment in addition to a lateral force depending on the position of the vehicle center of gravity in relation to the so-called crosswind pressure point In general, any forces acting on the vehicle body can create such jamming torques. Such an interference yaw moment can also be counteracted by applying suitably asymmetrical longitudinal forces to the wheels of the multi-lane, in particular two-lane vehicle, ie. H. it can be stabilized the vehicle in this way. The term "asymmetric wheel longitudinal force" stands for different longitudinal wheel forces on the two sides of the vehicle, be it propulsion forces or braking forces, it being known to generate a yawing moment acting on the vehicle by means of such asymmetrical longitudinal forces. Of course, it may be necessary in the context of such a stabilization process to determine or determine the yaw moment acting on the vehicle due to a disturbing influence.
Einem durch irgendwelche Störeinflüsse auf ein mehrspuriges Kraftfahrzeug einwirkenden sog. Stör-Giermoment kann aber nicht nur durch einseitiges oder allgemein asymmetrisches Anlegen von Längskräften an ein Fzg.-Rad oder beide (allg. mehrere) Fzg-Räder entgegengewirkt werden, sondern auch durch einen geeigneten Lenkeinschlag von lenkbaren Fzg.-Rädern. Ein entsprechender Lenkeinschlag kann vom Fahrer selbst erzeugt werden (sog. „Gegenlenken”), er kann bekannterweise jedoch auch automatisch, d. h. selbsttätig erzeugt werden, wenn das Fahrzeug mit einem entsprechenden Lenk-System ausgerüstet ist. Bekannt sind in diesem Zusammenhang bspw. die sog. Hinterrad-Lenkungen von bspw. Personenkraftwagen, daneben aber auch Lenksysteme, die einen Zugriff oder eine Einflussnahme bspw. einer elektronischen Steuereinheit auf den vom Fzg.-Fahrer gewünschten bzw. vorgegebenen Lenkwinkel der (wie üblich) lenkbaren (Vorder-)Räder des Fahrzeugs ermöglichen. Beispiele hierfür sind die sog. steer-by-wire-Systeme sowie Überlagerungs-Lenksysteme. Während bei erstgenannten bekanntermaßen der Lenkwinkel vollständig von einem geeigneten sog. Aktuator (= Stellmotor oder dgl.), der hierzu von einer elektronischen Steuereinheit auch unter Berücksichtigung der Vorgaben des Fzg.-Fahrers geeignet angesteuert wird, eingestellt wird, wird bei letztgenannten der vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel zwar noch direkt mechanisch an die lenkbaren Fzg.-Räder weitergeleitet, jedoch kann diesem Lenkwinkel ein zusätzlicher Lenkwinkel (additiv) überlagert werden. Dieser sog. Überlagerungs-Lenkwinkel kann bspw. in einem geeigneten Überlagerungsgetriebe mittels eines bevorzugt von einer elektronischen Steuereinheit geeignet angesteuerten Aktuators aufgebracht werden.However, a so-called disturbing yawing moment acting on a multi-track motor vehicle can be counteracted not only by one-sided or generally asymmetrical application of longitudinal forces to one vehicle or both (generally several) vehicle wheels, but also by a suitable one Steering angle of steerable vehicle wheels. A corresponding steering angle can be generated by the driver himself (so-called "counter-steering"), but he can known, but also automatically, d. H. be generated automatically when the vehicle is equipped with a corresponding steering system. Known in this context, for example, the so-called. Rear-wheel steering of eg. Passenger cars, but also steering systems, the access or influence of, for example. An electronic control unit on the desired or predetermined by Fzg driver steering angle of (as usual ) allow steerable (front) wheels of the vehicle. Examples include the so-called steer-by-wire systems and overlay steering systems. While in the former known the steering angle is completely adjusted by a suitable so-called. Actuator (= servomotor or the like.) Which is suitably controlled by an electronic control unit also taking into account the specifications of Fzg driver, is the last of the driver given steering angle, although still directly mechanically forwarded to the steerable Fzg. wheels, but this steering angle, an additional steering angle (additive) are superimposed. This so-called overlay steering angle can be applied, for example, in a suitable superposition gearbox by means of an actuator which is preferably suitably controlled by an electronic control unit.
Wird nun eine der genannten Störungskompensationen, wie insbesondere die Kompensation eines durch auf den Fahrzeug-Aufbau einwirkende Kräfte (bspw. Seitenwind) erzeugten Stör-Giermoments, mit einem geschilderten sog. aktiven Lenksystem durchgeführt, welches mittels einer Steuereinheit den tatsächlichen Lenkwinkel der lenkbaren Fzg.-Räder hierfür geeignet verändert, so kann es zumindest theoretisch dazu kommen, dass der besagte Aktuator dieses Lenksystems einen Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern einstellt und danach auf Grund eines irgendwie gearteten Fehlers abschalten muss, ohne dass dieser eingestellte Winkel wieder zurückgestellt werden kann. Dies kann insbesondere bei den genannten Überlagerungs-Lenkungen auftreten, da diese zumeist nicht (mehrfach) redundant ausgelegt werden, nachdem bei diesen die Anforderungen bezüglich der Systemsicherheit aufgrund der stets vorhandenen direkten mechanischen Verbindung zwischen den lenkbaren Rädern und dem Lenkrad (bzw. allg. der Lenkhandhabe) des Fahrers geringer sind als bei den reinen steer-by-wire-Systemen, bei denen eine derartige mechanische Verbindung überhaupt nicht vorliegt.If now one of the mentioned disturbance compensations, in particular the compensation of a disturbing yawing moment produced by forces acting on the vehicle structure (eg crosswind), is carried out with a so-called active steering system which uses a control unit to determine the actual steering angle of the steerable vehicle. For this purpose, wheels may be appropriately modified, so that at least theoretically the said actuator of this steering system adjusts a steering angle on the steerable wheels and then has to switch off due to an error of some kind, without this set angle being able to be reset. This can occur in particular in the aforementioned overlay steering systems, since these are usually not (multiple) designed to be redundant after these requirements with respect to system security due to the ever-present direct mechanical connection between the steerable wheels and the steering wheel (or Steering handle) of the driver are lower than in the pure steer-by-wire Systems in which such a mechanical connection does not exist at all.
In der weiteren Beschreibung lediglich auf ein Überlagerungs-Lenksystem Bezug nehmend, dadurch jedoch die vorliegende Erfindung nicht auf ein derartiges Lenksystem beschränkend, könnte ein Ausfall dieses Lenksystems zur Folge haben, dass bspw. aufgrund von Seitenwind ein Lenkwinkel bzw. Überlagerungs-Winkel an den lenkbaren Rädern eingestellt wird, um das aus dieser sog. Störgröße resultierende Stör-Giermoment zu kompensieren, wodurch sich das Fahrzeug erwünschtermaßen zunächst richtungsstabil weiterbewegt. Beim einem besagten Ausfall des Überlagerungs-Lenksystems, so bspw. des Aktuators selbst, bleibt nun dieser einmal eingestellte Überlagerungs-Winkel an den gelenkten Rädern bestehen. Ändert sich jedoch diese Störgröße, was zwangsläufig irgendwann geschieht, so würde das Fahrzeug aufgrund dieses beibehaltenen Lenk-Winkels (nämlich des Überlagerungs-Winkels) für den Fahrer unerwartet seine Fahrtrichtung ändern.In the remainder of the description, referring only to a superposition steering system, but not limiting the present invention to such a steering system, a failure of this steering system could result in, for example, a steering angle or overlay angle on the steerable due to crosswinds Is set wheels to compensate for the so-called. Störgröße resulting interference yaw moment, whereby the vehicle desirably initially moves directional stable. When a said failure of the overlay steering system, such as, for example, the actuator itself, now this once set overlay angle remains at the steered wheels. If, however, this disturbance variable changes, which inevitably happens at some point, the vehicle would unexpectedly change its direction of travel because of this retained steering angle (namely the overlay angle) for the driver.
Grundsätzlich kann der Fahrer zwar hierauf reagieren, nachdem das Lenksystem weiterhin Lenkeingriffe des Fahrers an den lenkbaren Rädern zulässt und umsetzt, nichtsdestotrotz wird der Fahrer jedoch verunsichert sein, weshalb er denn nun plötzlich die Lenkung betätigen bzw. das Lenkrad verdrehen muss, um die gewünschte und bereits durch eine entsprechende Lenkradstellung vorgegebene Fahrtrichtung beizubehalten.Basically, the driver can react to this after the steering system continues to allow steering intervention by the driver on the steerable wheels and converts, nonetheless, the driver will be confused, so why he suddenly press the steering or turn the steering wheel to the desired and already maintain by a corresponding steering wheel position predetermined direction.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik bezüglich eines Betriebsverfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.A remedy for this described problem with respect to an operating method according to the preamble of claim 1 show object of the present invention.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Ausfalls des Aktuators nach Einleitung eines ein Stör-Giermoment kompensierenden Lenkeinschlages, der bei ausgefallenem Aktuator erhalten bleibt, die folgenden Schritte durchgeführt werden:
- 1) es wird das durch den Aktuator vor seinem Ausfall aufgrund des initiierten Lenkeinschlags erzeugte (im weiteren sogenannte) Aktuator-Giermoment berechnet,
- 2) es wird ein das Stör-Giermoment kompensierendes (im weiteren sogenanntes) Gegen-Giermoment, das in Betrag und Richtung gleich dem Aktuator-Giermoment ist, durch selbsttätiges Aufbringen einer Rad-Längskraft geeignet langsam aufgebaut, um dem Fahrer zu ermöglichen, diesem Gegen-Giermoment einen Lenkeinschlag entgegenzusetzen,
- 3) das Gegen-Giermoment wird geeignet langsam abgebaut, um dem Fahrer die Aufgabe der Kurshaltung und Störungskompensation zu übertragen, so wie dies bei einem konventionellen Fahrzeug ohne die Möglichkeit eines Lenkeingriffs durch einen Aktuator oder dgl. der Fall ist.
- 1) the actuator yaw moment generated by the actuator before its failure due to the initiated steering angle (hereinafter referred to as "actuator yaw moment") is calculated,
- 2) it is a the interference-yaw moment compensating (hereinafter so-called) counter-yawing moment, which is equal in magnitude and direction equal to the actuator yaw moment, built up by automatically applying a wheel longitudinal force suitable slowly to allow the driver, this counter Yaw moment to oppose a steering angle,
- 3) the counter-yaw moment is appropriately degraded slowly to give the driver the task of course keeping and disturbance compensation, as in a conventional vehicle without the possibility of steering intervention by an actuator or the like. The case.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche, ferner ist in Anspruch 6 angegeben, dass eine elektronische Steuereinheit die Ermittlung des Aktuator-Giermomentes übernimmt sowie den Aufbau und Abbau des genannten Gegen-Giermoments sowie ggf. eines im weiteren noch erläuterten sog. Kurshalte-Giermomentes durch geeignete Ansteuerung geeigneter Stellglieder veranlasst.Advantageous developments are content of the dependent claims, further specified in claim 6 that an electronic control unit takes over the determination of the actuator yaw moment and the construction and dismantling of said counter-yaw moment and possibly one explained in more detail so-called. Course hold yaw moment by suitable Triggering suitable actuators causes.
An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Begriff des „Aktuators” in einem (erfindungsgemäßen) Fahrzeug-Lenksystem äußerst allgemein zu verstehen ist, d. h. mit diesem Begriff ist in seiner Gesamtheit ein Lenksystem oder ein Bestandteil desselben zu verstehen, das oder der durch einen Lenkeingriff lenkbare Fzg.-Räder derart einschlägt, dass ein irgendwie geartetes, auf das Fahrzeug einwirkendes Stör-Giermoment durch diesen Lenk-Einschlag kompensiert, d. h. aufgehoben werden kann. Unter dem Aktuator kann also bspw. ein geeigneter Stellmotor, aber auch ein Getriebe oder eine Ansteuerung für diese(s) bzw. allgemein für ein entsprechendes Lenkungselement verstanden werden. Ferner ist selbstverständlich erforderlich, dass zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dieser Aktuator (bzw. allg. dieses zur Kompensation von Stör-Giermomenten vorgesehene Lenksystem) auf seine Funktionstüchtigkeit hin überwacht wird, d. h. bevorzugt eine geeignete elektronische Steuereinheit muss einen Ausfall dieses besagten Lenksystems bzw. des genannten Aktuators selbstverständlich erst einmal feststellen, ehe das erfindungsgemäße Verfahren, das sich mit einem Systemausfall des sog. Aktuators befasst, in Gang gesetzt werden kann.It should be emphasized at this point that the term "actuator" in a (inventive) vehicle steering system is to be understood very generally, d. H. with this term is to be understood in its entirety a steering system or a component thereof, the or by a steering intervention steerable Fzg. wheels such that any kind of acting on the vehicle interference yaw moment compensated by this steering impact, d , H. can be lifted. The actuator can thus be understood, for example, as a suitable servomotor, but also as a transmission or as an actuator for it (s) or in general for a corresponding steering element. Furthermore, it is of course necessary that, in order to carry out the method according to the invention, this actuator (or, more generally, this steering system provided for the compensation of disturbing yawing moments) be monitored for its functionality, ie. H. Of course, a suitable electronic control unit must of course first of all determine a failure of said steering system or of said actuator before the method according to the invention, which deals with a system failure of the so-called actuator, can be set in motion.
Erfindungsgemäß soll nun bei einem Ausfall bspw. des Aktuators des Überlagerungs-Lenksystems oder dgl., der oder das zunächst einen Lenkeinschlag zur Kompensation eines sog. Stör-Giermoments hervorgerufen hat, ein auf das Fahrzeug einwirkendes Gegen-Giermoment bspw. über die Fzg.-Bremsanlage erzeugt werden, welches das Stör-Giermoment komensiert. Dieses Gegen-Giermoment soll dabei betragsmäßig ebenso groß wie das und gleichgerichtet zu dem zuvor vom Aktuator aufgrund des hervorgerufenen Lenkeinschlags erzeugten sog. Aktuator-Giermoment sein. Dabei wird im Folgenden zunächst davon ausgegangen, dass das Stör-Giermoment über einen gewissen Zeitraum erhalten bleibt, was insbesondere dann durchaus realistisch ist, wenn es sich bei der dieses Stör-Giermoment hervorrufenden Störgröße um eine Seitenwind-Kraft oder dgl. handelt.According to the invention, a failure of, for example, the actuator of the superimposed steering system or the like, which has first caused a steering lock to compensate for a so-called disturbing yaw moment, acts on the vehicle counter-yawing moment, for example, via the vehicle. Brake system are generated, which komensiert the interference yaw moment. This counter-yaw moment should be in terms of magnitude as large as that and rectified to the previously generated by the actuator due to the induced steering angle so-called. Actuator yaw moment. In the following, it is initially assumed that the interference yaw moment is maintained over a certain period of time, which is quite realistic, in particular, when the disturbance variable that causes this interference yaw moment is a crosswind force or the like.
Um wie angegeben ein Gegen-Giermoment anlegen zu können, das dem vom Aktuator vor dessen Funktions-Ausfall aufgebrachten sog. Aktuator-Giermoment gleich ist, muss in einem ersten Verfahrensschritt dieses Aktuator-Giermoment ermittelt bzw. berechnet werden. Dies kann mit Hilfe des letzten Radwinkel-Sensorsignals bzw. des letzten in einer (elektronischen) Steuereinheit abgespeicherten Aktuator-Lenkwinkels und weiteren Fahrzeugdaten und Fahrzustandsdaten erfolgen, wobei auch auf einen entsprechenden Teil-Lenkwinkel, der letztendlich zurückgenommen werden soll, zurückgegriffen werden kann. Danach wird im bereits genannten zweiten Verfahrensschritt das genannte Gegen-Giermoment durch selbsttätiges Aufbringen einer asymmetrischen Rad-Längskraft erzeugt, wobei der Begriff „asymmetrische Rad-Längskraft” für unterschiedliche Rad-Längskräfte an den beiden Seiten des mehrspurigen Fahrzeugs, seien es nun Vortriebskräfte oder Bremskräfte, steht. In order to be able to apply a counter-yawing moment as indicated, which is equal to the so-called actuator yawing moment applied by the actuator before its functional failure, this actuator yawing moment must be determined or calculated in a first method step. This can be done with the help of the last wheel angle sensor signal or the last stored in an (electronic) control unit actuator steering angle and other vehicle data and driving condition data, with a corresponding partial steering angle, which is ultimately to be withdrawn, can be used. Thereafter, in the already mentioned second method step, the counter-yawing moment is generated by automatically applying an asymmetric wheel longitudinal force, the term "asymmetric wheel longitudinal force" for different longitudinal wheel forces on the two sides of the multi-lane vehicle, be it propulsion forces or braking forces , stands.
Erfindungsgemäß soll dieser Aufbau des sog. Gegen-Giermomentes derart geeignet langsam erfolgen, dass der Fahrer diesem Gegen-Giermoment durch einen Lenkeinschlag entgegenwirken kann. Unter der Voraussetzung, dass der Störeinfluss bzw. das sog. Stör-Giermoment praktisch unverändert erhalten bleibt und somit weiterhin auf das Fahrzeug einwirkt (d. h. der Seitenwind greift weiterhin am Fzg.-Aufbau an), wird in diesem Verfahrensschritt die Kompensation dieses Stör-Giermoments (langsam bzw. kontinuierlich zunehmend) vom erfindungsgemäß angelegten Gegen-Giermoment übernommen, während der vom Aktuator zuvor erzeugte Lenkeinschlag (ebenso langsam bzw. ebenso kontinuierlich zunehmend) vom Fahrer durch Betätigung seiner Lenkhandhabe zurückgenommen wird. Ist das Gegen-Giermoment vollständig aufgebaut, so ist der vom Aktuator vor seinem Ausfall erzeugte Lenkeinschlag vollständig zurückgenommen, wobei sich – weiterhin einen konstanten Störeinfluss vorausgesetzt – das Fahrzeug exakt auf dem vom Fahrer gewünschten Kurs bewegt.According to the invention, this construction of the so-called counter-yawing moment should be carried out in a suitably slow manner so that the driver can counteract this counter-yawing moment by means of a steering angle. Assuming that the interference or the so-called. Sturgeon yaw moment remains virtually unchanged and thus continues to act on the vehicle (ie the crosswind continues to attack the vehicle body), in this process step, the compensation of this interference yaw moment (slowly or continuously increasing) taken over by inventively applied counter-yaw moment, while the previously generated by the actuator steering angle (just as slowly or equally continuously increasing) is withdrawn by the driver by pressing its steering handle. If the counter-yaw moment is completely established, then the steering angle generated by the actuator before its failure is completely withdrawn, whereby - assuming a constant interference influence - the vehicle moves exactly on the driver's desired course.
In einem sich hieran anschließenden dritten Verfahrensschritt wird das soweit aufgebrachte Gegen-Giermoment geeignet langsam abgebaut, um es dabei dem Fahrer abermals zu ermöglichen, das dann aufgrund des ggf. weiterhin bis dahin konstant wirkenden Stör-Einflusses zunehmend wirkende Stör-Giermoment durch einen geeigneten mit seiner Lenkhandhabe erzeugten Lenkeinschlag auszugleichen. Wie aus der bisherigen Schilderung hervorgeht, herrschte nach Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes nämlich ein quasistabiler Zustand, in dem sich das Fahrzeug jedenfalls dann, wenn das ursprüngliche Störgiermoment unverändert weiterwirkt, das Fahrzeug auf gewünschtem Kurs bewegt, obwohl der vom Aktuator zuvor erzeugte Lenkeinschlag nicht mehr vorliegt. Jedoch soll dieser quasistationäre Zustand kein Dauerzustand bleiben, weshalb nun in einem dritten Verfahrensschritt das besagte, das Stör-Giermoment kompensierende Gegen-Giermoment relativ langsam abgebaut wird und der Fahrer selbst gefordert ist, mit einem von ihm initiierten Lenkeinschlag das Stör-Giermoment zu kompensieren. Verschwindet dann zu einem noch späteren Zeitpunkt der Störeinfluss, bspw. die Seitenwind-Kraft, so kann der Fahrer wie bei den einfachen Standard-Lenksystemen auch, hierauf in gewohnter Weise reagieren, d. h. den zuvor zur Kompensation des Stör-Giermomentes erzeugten Lenkwinkel wieder zurücknehmen. Im Verlauf dieses dritten Verfahrensschrittes wird der Fahrer des Fahrzeugs somit so gestellt und befindet sich abschließend in einer solchen Situation wie in einem „konventionellen” Fahrzeug, das nicht mit einem Aktuator zur Erzeugung eines Lenkeingriffs bzw. eines von der Fahrer-Vorgabe unabhängigen Lenkwinkels ausgerüstet ist.In a subsequent third method step, the counter-yawing moment applied so far is suitably slowly degraded, to allow the driver again, then due to the possibly still hitherto constant acting interference influence increasingly acting disturbing yaw moment by a suitable with compensate for its steering handle generated steering angle. As can be seen from the previous description, prevailed after carrying out the second process step namely a quasi-stable state in which the vehicle in any case, when the original Störgiermoment continues unchanged, the vehicle moves at the desired rate, although the previously generated by the actuator steering lock is no longer present , However, this quasi-stationary state should not remain a permanent state, which is why in a third process step said counter-yaw moment compensating for the interference yaw moment is reduced relatively slowly and the driver himself is required to compensate for the interference yaw moment with a steering angle initiated by him. If, then, the disturbing influence disappears at an even later point in time, for example the crosswind force, then the driver, as in the case of the simple standard steering systems, can also react to this in the usual way, ie. H. take back the steering angle previously generated to compensate for the interference yaw moment. In the course of this third method step, the driver of the vehicle is thus so placed and is finally in such a situation as in a "conventional" vehicle, which is not equipped with an actuator for generating a steering intervention or independent of the driver's default steering angle ,
Grundsätzlich sind somit bei Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens keine überstürzten Reaktionen des Fahrers auf schlagartig sich ändernde Randbedingungen erforderlich. Insbesondere besteht keine Gefahr einer plötzlichen Kursänderung des Fahrzeugs. Lediglich die Lenkhandhabe des Fahrers (so insbesondere ein Lenkrad) befindet sich dann (abschließend), wenn kein Stör-Giermoment mehr auf das Fahrzeug einwirkt, in einer von der Mittelstellung (d. h. dem Lenkwinkel 0°) abweichenden Stellung, nachdem der vom Aktuator erzeugte und von diesem nicht rückgängig gemachte Lenkeinschlag eben seitens des Fahrers mit seiner Lenkhandhabe zurückgestellt werden musste (und zwar im zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt). Vorteilhafterweise wird jedoch der Fahrer gerade durch diese von der Mittelstellung abweichende Stellung der Lenkhandhabe bzw. des Lenkrads darauf hingewiesen, dass ein Fehler im Lenksystem aufgetreten ist. Weitere Hinweise bzw. Warnungen, die auf akustischem und/oder optischen Wege erfolgen können (und auf die hier nicht näher eingegangen werden soll) können im übrigen von einer die geschilderten Verfahrensschritte steuernden elektronischen Überwachungseinheit ausgegeben werden.In principle, therefore, when carrying out the operating method according to the invention, no rushed reactions of the driver to abruptly changing boundary conditions are required. In particular, there is no risk of a sudden change in the course of the vehicle. Only the steering handle of the driver (so particular a steering wheel) is then (when) no interference yaw moment acting on the vehicle, in one of the center position (ie the steering angle 0 °) deviating position after the generated by the actuator and had to be reset by this non-reversible steering angle just on the part of the driver with his steering handle (and indeed in the second method step according to the invention). Advantageously, however, the driver is just informed by this deviating from the center position position of the steering handle or the steering wheel that a fault has occurred in the steering system. Further instructions or warnings, which can be made acoustically and / or optically (and which will not be discussed here in detail), can be output by the electronic control unit controlling the described method steps.
In der bisherigen ausführlichen Beschreibung wurde – wie ausdrücklich erwähnt wurde – davon ausgegangen, dass während der Durchführung dieser Verfahrensschritte der sog. Stör-Einfluss, der das sog. Stör-Giermoment erzeugt, also insbesondere der besagte Seitenwind, im wesentlichen konstant erhalten bleibt. Wenngleich diese Annahme in manchen Fällen durchaus realistisch ist, so kann doch hiervon nicht generell ausgegangen werden. Daher wird im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung vorgeschlagen, dass bevorzugt vor Durchführung des in Anspruch 1 genannten Verfahrensschrittes Nr. 2 unter Berücksichtigung von sich ggf. ändernden Kräften oder allgemein einer Störungsänderung ein zur Kompensation der sich hieraus einstellenden Kursabweichung erforderliches sog. Stabilisierungs-Giermoment ermittelt wird und dass ein sog. Kurshalte-Giermoment erzeugt wird, das dem Differenzwert zwischen dem genannten Aktuator-Giermoment und dem genannten Stabilisierungs-Giermoment entspricht. Auf diese Weise kann somit schnellstmöglich auf sich ändernde Randbedingungen geeignet reagiert werden, wobei zum Ende des zweiten Verfahrensschrittes jeweils der vom Aktuator erzeugte Lenkwinkel zurückgenommen sein soll.In the previous detailed description, it was assumed, as has been expressly stated, that during the execution of these method steps, the so-called interfering influence, which produces the so-called disturbing yaw moment, that is to say in particular the said crosswind, remains essentially constant. Although this assumption is in some cases quite realistic, it can not be generally assumed. Therefore, it is proposed in the sense of an advantageous development that preferably before carrying out the process step No. 2 mentioned in claim 1, taking into account if necessary In order to compensate for the resulting course deviation required so-called. Stabilization yaw moment is determined and that a so-called course keeping yaw moment is generated which corresponds to the difference value between said actuator yawing moment and said stabilization yaw moment. In this way, it is thus possible to react as quickly as possible to changing boundary conditions, with the steering angle generated by the actuator at the end of the second method step being taken back in each case.
Bislang wurde ausgeführt, dass ein bzw. das auf das Fahrzeug erfindungsgemäß einwirkende sog. Gegen-Giermoment durch selbsttätiges Aufbringen einer asymmetrischen Rad-Längskraft erzeugt werden kann, wofür beispielshalber an die Rädern der einen Seite des mehrspurigen, insbesondere zweispurigen Fahrzeugs eine höhere Bremskraft angelegt werden kann als an die Räder auf der anderen Fahrzeug-Seite. Grundsätzlich kann jedoch eine jeweils gewünschte Rad-Längskraft entweder durch Abbremsen oder durch Beschleunigen des jeweiligen Rades hervorgerufen werden. Wesentlich ist nur, dass die Verteilung der Längskräfte zwischen der linken und der rechten Fahrzeugseite ungleich erfolgt, wobei bezogen auf eine bestimmte Fzg.-Seite die jeweilige Rad-Längskraft alternativ an eines oder an beide (bzw. allgemein mehrere) Räder einer Fahrzeug-Seite angelegt werden kann. Soll dabei ein betragsmäßig besonders großes Giermoment erzeugt werden, so kann an das oder die Räder der einen Fahrzeug-Seite eine Rad-Längskraft angelegt werden, die einer ebenfalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an das oder die Räder der anderen Fahrzeug-Seite angelegten Rad-Längskraft entgegengerichtet ist, d. h. das oder die Räder der eine Fzg.-Seite wird/werden abgebremst und das oder die Räder der eine Fzg.-Seite wird/werden beschleunigt. Auf diese Weise können vorteilhafterweise Änderungen in der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, die sich unweigerlich aus alleinigen Bremseingriffen oder alleinigen Änderungen der Vortriebskraft ergeben, minimiert bzw. gering gehalten werden.So far, it has been stated that one or the so-called counter-yawing moment acting on the vehicle can be generated by automatically applying an asymmetric longitudinal wheel force, for which a higher braking force is applied to the wheels of one side of the multi-lane, in particular two-lane vehicle by way of example can as to the wheels on the other vehicle side. In principle, however, a respective desired longitudinal wheel force can be caused either by braking or by accelerating the respective wheel. It is only essential that the distribution of the longitudinal forces between the left and the right side of the vehicle is uneven, with respect to a certain Fzg.-side the respective wheel longitudinal force alternatively to one or both (or more generally) wheels of a vehicle side can be created. If a particularly large yaw moment is to be generated in terms of magnitude, then a wheel longitudinal force can be applied to the wheel or wheels of one vehicle side, which wheel also bears on the wheel or wheels of the other vehicle side to carry out the method according to the invention. Longitudinal force is opposite, d. H. the one or more wheels on one side of the vehicle are braked and the one or more wheels on one side of the vehicle are accelerated. In this way, advantageously changes in the driving speed of the vehicle, which inevitably arise from sole brake interventions or sole changes in the driving force, can be minimized or kept low.
Wenngleich das soweit beschriebene Verfahren innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne durchgeführt und somit abgeschlossen werden kann, so ist doch nicht auszuschließen, dass sich während dieser soweit beschriebenen Verfahrensschritte irgendwelche Randbedingungen ändern, die ihrerseits das tatsächlich auf das Fahrzeug einwirkende Giermoment beeinflussen. Beispielsweise kann das Fahrzeug plötzlich auf eine sogenannte μ-split-Fahrbahn (bei der bekanntermaßen große Reibwert-Unterschiede zwischen den linksseitigen und rechtsseitigen Fahrzeug-Rädern und der Fahrbahn vorliegen) gelangen und es muss auf dieser ein Bremsvorgang durchgeführt werden. Um auch derartige neuerliche Störeinflüsse in Griff zu bekommen, wird weiterhin vorgeschlagen, dass im jeweils durch diese Störeinflüsse bzw. Randbedingungs-Änderung betroffenen Verfahrensschritt und in den darauf folgenden Verfahrensschritten diese Störeinflüsse bzw. Änderung mit berücksichtigt und dabei durch geeignete Veränderung der Radlängskräfte ausgeglichen werden.Although the method described so far can be carried out within a relatively short period of time and thus completed, it can not be ruled out that any boundary conditions which in turn affect the yawing moment actually acting on the vehicle will change during these method steps described so far. For example, the vehicle may suddenly arrive at a so-called μ-split lane (where there are known to be large differences in friction between the left-side and right-side vehicle wheels and the roadway), and braking must be performed thereon. In order to get such new disturbances under control, it is further proposed that in the respective affected by these disturbances or boundary condition change process step and in the subsequent process steps, these disturbances or changes are taken into account and thereby compensated by appropriate change in Radlängskräfte.
Zumindest theoretisch sind bereits Fzg.-Lenksysteme bekannt, die den Fahrer in der Betätigung des Lenkrades bzw. allgemein seiner Lenkhandhabe unterstützen. Ist ein Fahrzeug, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, mit einem derartigen Lenksystem ausgestattet, so kann im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung der Fahrer in einem oder beiden der oben erläuterten Verfahrensschritte 2 und/oder 3, in denen der Fahrer den zuvor vom Aktuator oder dgl. aufgebrachten Lenkeinschlag zurücknehmen soll, beim Erzeugen eines dementsprechenden Lenkeinschlags durch ein derartiges die Lenkhandhabe des Fahrers einstellendes System zumindest teilweise unterstützt werden. Ggf. kann dann sogar das gesamte erfindungsgemäße Verfahren völlig selbsttätig ablaufen.At least theoretically Fzg. steering systems are already known that support the driver in the operation of the steering wheel or generally his steering handle. If a vehicle in which the inventive method is performed, equipped with such a steering system, so in the sense of an advantageous development of the driver in one or both of the above-described process steps 2 and / or 3, in which the driver previously from the actuator or Likewise applied steering angle to take back, when generating a corresponding steering angle by such a steering handle of the driver adjusting system are at least partially supported. Possibly. then even the entire process according to the invention can proceed completely automatically.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Betriebsverfahren nochmals in anderen Worten anhand eines Beispiel-Falles beschrieben, wobei ein Aktuator eines Fzg.-Lenksystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausfalle, während eine sog. Seitenwind-Kompensation erfolge, wobei das Fahrzeug (der Einfachheit halber) eine gerade Strecke befahre:
Tritt Seitenwind bspw. von rechts auf, wirkt zum einen eine Seitenkraft und zum anderen durch den Abstand des Druckpunktes zum Fahrzeugschwerpunkt auch ein sog. Stör-Giermoment auf das Fahrzeug. Beide erzeugen eine Kursabweichung. Diese kann durch einen automatischen Lenkungseingriff nach rechts kompensiert werden. Ein Ausfall des diesen Lenkungseingriff verursachenden Aktuators kann nun unter Umständen dazu führen, dass dieser Lenkeingriff quasi „eingefroren” wird und bei Änderung des Seitenwindes zu einer Kursabweichung führt, wobei nur allgemein darauf hingewiesen sei, dass vorteilhafterweise Lenkeingriffe, die zur Kompensation von Seitenwind oder dgl. benötigt werden, wesentlich geringer sind, als diejenigen, die bspw. während des Bremsens auf einer μ-split-Fahrbahn zum Ausgleich des daraus resultierenden Stör-Giermoments benötigt werden.In the following, the operating method according to the invention will be described again in other words with reference to an example case, wherein an actuator of a vehicle steering system fails according to the preamble of claim 1, while a so-called. Crosswind compensation takes place, the vehicle (for simplicity) drive a straight stretch:
Occurs side wind, for example, from the right, acts on the one hand, a side force and on the other by the distance of the pressure point to the vehicle center of gravity and a so-called. Sturgeon yaw moment on the vehicle. Both generate a course deviation. This can be compensated by an automatic steering intervention to the right. A failure of the steering intervention causing this actuator may now lead to circumstances that this steering intervention is quasi "frozen" and leads to a course deviation when changing the side wind, with only general reference is made that advantageously steering intervention to compensate for crosswind or the like are required to be substantially less than those needed, for example, during braking on a μ-split lane to compensate for the resulting disturbing yaw moment.
Zurückkommend auf den soeben geschilderten Fall eines Seitenwind-Angriffs von rechts und eines dementsprechenden Aktuator-Lenkeinschlags nach rechts wird nun erfindungsgemäß zunächst das durch den vom Aktuator-Lenkungseingriff erzeugte sog. Aktuator-Giermoment (ML) mit Hilfe des letzten Radwinkel-Sensorsignals (d. h. des letzten abgespeicherten Motorlenkwinkels der aktiven Lenkung – bzw. einem Teillenkwinkel, der letztendlich zurückgenommen werden soll) und weiteren Fahrzeug- und Fahrzustandsdaten berechnet. Dann wird unter der Annahme, dass der Stör-Giermoment weiter konstant angreife, ein dem Aktuator-Giermoment gleiches sog. Gegen-Giermoment durch geeignetes Aufbringen von Rad-Längskräften erzeugt, das somit das Stör-Giermoment aus dem angreifenden Seitenwind kompensiert. Dies erfolgt dabei derart langsam, dass der Fahrer „gegenlenken” kann, d. h. der Fahrer, der die aus dem Aufbau des Gegen-Giermomentes resultierende Kursabweichung bemerkt, wird daraufhin die lenkbaren Vorder-Räder nach links so weit einschlagen, bis sie letztendlich gerade stehen. In einem letzten Schritt wird dann das Gegen-Giermoment geeignet langsam abgebaut, so dass der Fahrer das weiterhin durch den Seitenwind hervorgerufene Stör-Giermoment selbsttätig (durch Betätigung seiner Lenkhandhabe) kompensieren muss.Coming back to the just described case of a crosswind attack from the right and a corresponding actuator steering angle to the right, according to the invention, the so-called actuator yaw moment (M L ) generated by the actuator steering intervention is first determined using the last wheel angle sensor signal (ie the last stored motor steering angle of the active steering - or a partial steering angle, which is to be finally withdrawn) and calculated further vehicle and driving condition data. Then, assuming that the interference yaw moment continues to attack constantly, a so-called counter-yaw moment equal to the actuator yaw moment is generated by suitably applying longitudinal wheel forces, thus compensating the jamming yaw moment from the attacking side wind. This is done so slowly that the driver can "counter-steer", ie the driver who notes the resulting from the structure of the counter-yaw moment course deviation will then turn the steerable front wheels to the left until they are finally straight. In a final step, the counter-yawing moment is then degraded appropriately slowly, so that the driver must automatically compensate for the jamming moment that is still caused by the side wind (by actuating his steering handle).
Sollen Änderungen des Stör-Giermoments, die sich insbesondere aus Änderungen des Seitenwinds ergeben, berücksichtigt werden, so kann zunächst aus dem Giermoment MS und der wirkenden Seitenkraft FS durch den aktuell noch vorhandenen Seitenwind dann ein zur Kompensation der Kursabweichung erforderliches Giermoment M*S errechnet werden. Daraufhin werden bei einem Aktuator-Lenkungseingriff nach rechts auf der linken Fahrzeugseite zur Kurshaltung solche Bremskräfte erzeugt, bis ein Giermoment in Höhe von (ML – M*S) anliegt. Anschließend sind die Bremskräfte auf der linken Fahrzeug-Seite zu reduzieren und ggf auf der rechten Seite zu erhöhen (und zwar mit einer durch den Fahrer beherrschbaren Änderungsgeschwindigkeit), bis ein Giermoment in Höhe von ML anliegt. Der Fahrer wird diesen letztgenannten Bremseneingriff als eine Kursabweichung nach rechts registrieren und über die Lenkung ausgleichen. Nach Abschluss dieser Bremskraftsteigerung stehen die Vorderräder des Fahrzeugs wieder, gerade, eine plötzliche Kursabweichung ist nicht mehr zu befürchten. Störend für den Fahrer ist nur, dass das Lenkrad einen leichten Schiefstand (nach links) hat und das Fahrzeug durch die Bremskraft leicht verzögert wurde. Diese Verzögerung könnte durch eine entsprechende Steigerung des, Antriebsmomentes kompensiert werden (z. B. gleichzeitig rechtes Vorderrad abbremsen und linkes Hinterrad antreiben). Abschließend ist die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte Bremskraft oder Antriebskraft wieder langsam zu reduzieren.If changes in the disturbance yaw moment, which result in particular from changes in the crosswind, are taken into account, then first of all the yawing moment M S and the acting lateral force F S by the currently existing crosswinds can result in a yawing moment M * S required to compensate the course deviation be calculated. Then, in an actuator steering intervention to the right on the left side of the vehicle to maintain course such braking forces are generated until a yaw moment in the amount of (M L - M * S ) is applied. Subsequently, the braking forces on the left side of the vehicle should be reduced and, if necessary, increased on the right side (with a rate of change manageable by the driver) until a yaw moment of M L is applied. The driver will register this latter brake intervention as a course deviation to the right and balance over the steering. After completion of this brake force increase the front wheels of the vehicle are again, straight, a sudden course deviation is no longer to be feared. Disturbing for the driver is only that the steering wheel has a slight oblique position (to the left) and the vehicle was slightly delayed by the braking force. This delay could be compensated by a corresponding increase in the drive torque (for example, at the same time braking the right front wheel and driving the left rear wheel). Finally, the braking force or driving force applied according to the method according to the invention is to be slowly reduced again.
Schließlich ist ein Fahrzeug-Lenksystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens gekennzeichnet durch eine elektronische Steuereinheit, welche die genannte Giermoment-Ermittlung sowie den Aufbau und Abbau des genannten Gegen-Giermoments sowie des genannten Kurshalte-Giermoments durch geeignete Ansteuerung geeigneter Stellglieder veranlasst, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details auch abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein können, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.Finally, a vehicle steering system for carrying out the operating method according to the invention is characterized by an electronic control unit, which causes the said yaw moment determination and the construction and dismantling of said counter-yaw moment and said course keeping yaw moment by appropriate control of suitable actuators, wherein still pointed out Let it be that quite a variety of details may also be deviating from the above explanations without departing from the content of the claims.
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