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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Bestimmen eines an einem Lenkrad wirkenden Lenkmoments.
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Es ist bekannt, bei Fahrzeugen, wie
Kraftfahrzeugen, vorzusehen, dass das Fahrzeug nicht nur in eine
Hauptfahrtrichtung, der Vorwärtsfahrtrichtung
sondern auch in eine entgegengesetzte Rückwärtsfahrtrichtung bewegt werden
kann.
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Dabei entsprechen die Anforderungen
an die Betätigung
der Lenkung eines Fahrzeuges bei Rückwärtsfahrt nicht den Anforderungen
bei Vorwärtsfahrt.
Ein in Vorwärtsfahrtrichtung
an der Vorderachse gelenktes Fahrzeug ist bei Rückwärtsfahrt an der Hinterachse
gelenkt. Allein dies führt
zu einem vollständig
anderen Fahrverhalten. Darüber
hinaus werden Fahrzeuge, wie Kraftfahrzeuge, in Rückwärtsfahrtrichtung
weit überwiegend
zu Zwecken des Rangierens, wie beispielsweise zum Einparken, Wenden und
dgl. bewegt, wobei andere Anforderungen an die Lenkung gestellt
werden, wie bei Vorwärtsfahrt,
bei der das Fahrzeug in einem größerem Geschwindigkeitsbereich
bewegt wird.
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Darüber hinaus ist zu beachten,
dass bei den meisten Fahrzeugen der Fahrersitz auf Vorwärtsfahrt ausgerichtet
ist und der Fahrer sich daher bei Rückwärtsfahrt von dem Lenkrad abwenden
muss um die Fahrtrichtung im Blick zu haben. Dies alles erschwert das
Rückwärtsfahren
in einem solchen Fahrzeug.
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Im übrigen ist es auch bekannt,
das bei einer Betätigung
eines Lenkrades durch den Fahrer eines Kraftfahrzeuges wirkende
Lenkmoment zu beeinflussen. Hierzu dient ein Momentensteller, durch
den am Lenkrad ein ermitteltes Sollmoment erzeugt wird, das bei
der Betätigung
des Lenkrades durch den Fahrer wirkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
die Rückwärtsfahreigenschaften
eines Fahrzeugs, wie eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren
gelöst.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Bestimmen eines an einem Lenkrad wirkenden Lenkmoments. Dabei
ist das am Lenkrad wirkende Lenkmoment mittels eines Momentenerzeugers
veränderbar.
Gemäß der Erfindung
wird ein Rückwärtsfahren des
Fahrzeugs erkannt. Bei Vorliegen eines Rückwärtsfahrens wird ein von der
Vorwärtsfahrt
abweichendes Rückwärtsfahrlenkmoment
mittels des Momentenerzeugers erzeugt.
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Dadurch, dass bei Rückwärtsfahrt
ein von der Vorwärtsfahrt
abweichendes Rückwärtsfahrtlenkmoment
erzeugt wird, wird ein bei Rückwärtsfahrt
abweichendes Verhalten des Lenkstellers ermöglicht. Durch die Anpassung
des Lenkmoments an die Rückwärtsfahrt
wird ein an die Rückwärtsfahrt
angepasstes Lenkverhalten des Fahrers erreicht. Das Lenkverhalten
des Fahrzeugs wird für
den Fahrer gleichzeitig angenehmer und darüber hinaus wird eine erhöhte Verkehrssicherheit
erzielt.
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Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung weist das Rückwärtsfahrlenkmoment
gegenüber
dem Lenkmoment bei der Vorwärtsfahrt
eine größere Dämpfung auf.
Die Dämpfung
der Lenkradbetätigung
wird durch ein der Betätigung
entgegenwirkendes Lenkmoment erreicht, das mit steigender Betätigungsgeschwindigkeit
zunimmt. Nachdem die Rückwärtsfahrt
bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten stattfindet, sind nur weniger
schnelle Lenkbetätigungen
erforderlich. Daher soll das Erreichen sehr schneller Lenkradbetätigungen
vermindert werden. Hierdurch wird ein sogenanntes Verreißen der
Lenkung durch den Fahrer vermieden. Das Verreißen ist dabei eine heftige
Lenkbetätigung,
die der Fahrer meist unbeabsichtigt ausführt und die ein vom Fahrer nicht
mehr kontrolliertes Fahrverhalten nach sich zieht.
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Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der
Erfindung weist das Rückwärtsfahrlenkmoment gegenüber dem
Lenkmoment bei der Vorwärtsfahrt um
die Geradeausfahrstellung herum eine stärkere Zentrierung auf. Die
Zentrierung wird durch den Gradienten des Lenkmoments im Bereich
der Mittellage, die die Geradeausfahrt des Fahrzeugs vorgibt, bestimmt.
Je größer der
Betrag des Gradienten, der einer Auslenkung der Lenkung aus der
Mittellage entgegenwirkt, ist, desto höher ist die für ein solches Auslenken
durch den Fahrer aufzubringende Betätigungskraft. Dies wirkt vor
allem einem ungewollten Auslenken der Lenkung aus der Mittellage
entgegen. Ein ungewolltes Auslenken aus der Mittellage bzw. ein
schlechtes Gefühl
des Fahrers für
die Mittellage und daher ein sich in der Fahrbewegung aufschaukelndes
Pendeln des Lenkrades um die Mittellage herum und somit eine Instabilität der Geradeausfahrt ergibt
sich vor allem dann, wenn der Fahrer sich auf seinem auf Vorwärtsfahrt
ausgerichteten Fahrersitz nach hinten in die Rückwärtsfahrtrichtung wendet und
sich dazu teilweise auch am Lenkrad abstützt. Die erhöhte Zentrierung
erlaubt ihm ein besseres Aufrechterhalten einer Geradeausfahrt und
ein besseres haptisches Erkennen der Mittellage. Das Moment wirkt
dabei immer dergestalt auf das Lenkrad, dass dieses in seine Mittellage
zurückgeführt wird.
Es entspricht einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wenn
aufgrund der Wirkung des Moments das Lenkrad in die Mittellage zurückgeführt wird,
sofern eine Betätigung
des Lenkrades durch den Fahrer nicht erfolgt. Dies entspricht dem
vom Fahrer erwarteten Verhalten, dass das Lenkrad in die Mittellage zurückläuft, wenn
das Fahrzeug rollt und eine manuelle Betätigung nicht stattfindet.
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Die Ermittlung des Rückwärtsfahrlenkmoments
erfolgt gemäß vorteilhafter
Ausgestaltung der Erfindung fahrsituationsabhängig. Die fahrsituationsabhängige Bestimmung
des Rückwärtsfahrlenkmoments
erfolgt vorzugsweise mittels einem Modell, das vorzugsweise beobachtergestützt ist.
Die Verwendung eines vorzugsweise beobachtergestützten Modells hat zur Folge,
dass die Anpassung des Rückwärtsfahrlenkmoments
aufgrund gemessener Größen anhand
eines als wünschenswert
erachteten Verhaltensmuster bestimmt werden kann. Die Vorgabe eines
optimierbar gestalteten Modells kann das Fahrerverhalten im Sinne
eines an die Fahrsituation angepassten Verhaltens beeinflussen.
Alternativ oder ergänzend
ist es auch möglich,
anstelle eines Modells die Ermittlung des Rückwärtsfahrlenkmoments in Abhängigkeit
vorgegebener Kennfelder vorzunehmen.
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Es kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein,
die Ermittlung des Rückwärtsfahrlenkmoments aus
der Addition eines rückwärtsfahrspezifischen Rückwärtsanteils
und eines fahrsituationsspezifischen Dynamikanteil erfolgen zu lassen.
Die Addition eines Rückwärtsanteils
auf einen Dynamikanteil ermöglicht
es die Berechnung des fahrdynamisch bestimmten Anteils von rückwärtsfahrspezifischen
Eigenschaften zu trennen. So kann insbesondere die Dämpfung beispielsweise
aus einem Kennfeld heraus erfolgen und den Rückwärtsuanteil bilden, während über ein
beispielsweise beobachtergestütztes Modell
der Dynamikanteil bestimmt wird. Der Dynamikanteil kann dabei beispielsweise
in der Gestaltung des Modells die Rückwärtsfahrt berücksichtigen und
daher auch an die Rückwärtsfahrt
spezifisch angepasst sein.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung wird das Rückwärtsfahrlenkmoment durch Zufügen einer
additiven Rückwärtsfahrtkomponente
auf ein bei Vorwärtsfahrt
zu erzeugendes Lenkmoment dargestellt. Dies erlaubt es, ein Rück wärtsfahrlenkmoment
zu bestimmen und den zusätzlichen
Rechenaufwand für
die Rückwärtsfahrt gering
zu halten. Dabei erfolgt hierbei die Bestimmung der Rückwärtsfahrkomponente
vorzugsweise durch vorgegebene Kennfelder, wodurch der Rechenaufwand
gering bleibt und gleichzeitig eine fahrsituationsspezifische Bestimmung
des Rückwärtsanteils
möglich
wird.
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Gemäß Ausgestaltungen der Erfindung
ist ein Umschalter vorgesehen, der abhängig vom Vorliegen von Rückwärtsfahrt
das Rückwärtsfahrlenkmoment
als Solllenkmoment oder ein bei Vorwärtsfahrt zu erzeugendes Moment
als einzusteuerndes oder einzuregelndes Sollmoment vorgibt. Dabei
kann das Vorliegen der Rückwärtsfahrt
aus dem Einlegen des Rückwärtsgangs
ermittelt werden. Es ist aber auch möglich das Vorliegen einer Rückwärtsfahrt
aus gemessenen Größen, wie
Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahlen, Lenkwinkel, Giergeschwindigkeit abzuleiten.
Zur Durchführung
einer Regelung des Ist-Moments durch den Momentenerzeuger kann das Ist-Moment
mit einem Momentensensor erfasst werden und ein entsprechendes Signal
der Regeleinrichtung zurückgeführt werden.
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Es entspricht einer bevorzugten Verwendung der
Erfindung, wenn ein erfindungsgemäßes Verfahren bei einem Kraftfahrzeug,
wie einem Straßenfahrzeug,
beispielsweise einem PKW oder einem LKW angewendet wird. Ein so
erfindungsugemäß ausgestaltetes
Fahrzeug weist eine Antriebseinrichtung zum wahlweise Bewegen des
Fahrzeugs in einer Vorwärtsfahrtrichtung
und einer entgegengesetzten Rückwärtsfahrtrichtung
auf. Es ist mit einem Lenkrad zum Betätigen der Lenkung durch den
Fahrer und einem Momentenerzeuger zum Erzeugen eines bei der Betätigung des
Lenkrades wirkenden Lenkmoments versehen. Das durch den Momentenerzeuger
erzeugte Lenkmoment wird dabei nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
ermittelt.
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Neben den Ansprüchen können Ausgestaltungen der Erfindung
auch der Beschreibung entnommen werden. Darüber hinaus ist die Erfindung auch
anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei
zeigt:
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1 das
Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 das
Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 ein
Beispiel für
den Verlauf des Lenkmoments bei Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt;
und
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4 ein
Beispiel für
den Verlauf der Dämpfung
der Lenkung in Abhängigkeit
der Betätigung durch
den Fahrer.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils ein Blockdiagramm
erfindungsgemäßer Verfahren
zur Bestimmung des Lenkmoments bei Rückwärtsfahrt. In den beiden Figuren
ist ein möglicher
geschlossener Regelkreis durch die gestrichelte Rückführung des
tatsächlichen
Lenkmoments am Lenkrad und durch den Momentensensor 107 bzw. 207 gezeigt.
Findet eine Steuerung des Lenkmoments am Lenkrad durch den Momentensteller
statt, so entfällt
die Rückführung und
der Momentensensor 107 bzw. 207 kann gegebenenfalls
auch entfallen. In den beiden 1 und 2 ist darüber hinaus strichpunktiert
die Zuführung
eines Dynamikanteils bzw. dynamischen Anteil M_dyn für die Ermittlung
des zu erzeugenden Lenkmoments M_soll gezeigt. Diese ist ebenfalls
optional und kann bei einfacheren Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Lenkmoment
M_soll für
die Rückwärtsfahrt
aus einem Rückwärtsanteil
unabhängig
von einem Vorwärtsanteil
ermittelt, bei dem in der 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird im Gegensatz dazu der Rückwärtsanteil
additiv auf das Sollmoment bei Vorwärtsfahrt aufaddiert.
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In der 1 dient
der Erkenner 101 dem Erkennen der Rückwärtsfahrt. Die Rückwärtsfahrt
eines Fahrzeugs kann bei spielsweise beim Einlegen des Rückwärtsgangs
erkannt werden. Alternativ kann Rückwärtsfahrt auch mit einer Drehrichtungserkennung
für die
Fahrzeugräder
oder aber über
ein Modell, beispielsweise einen Beobachter aus Größen wie
Fahrgeschwindigkeit, Lenkwinkel, Giergeschwindigkeit, Beschleunigung
erkannt werden. Das Signal des Erkenners 101 wird dem Umschalter 104 zugeführt.
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Dem Umschalter 104 wird
darüber
hinaus auch das Signal M vor des für Vorwärtsfahrt zuständigen Sollmomentgebers 102 sowie
das Signal des Rückwärtsanteils
M_rück,
wie es beispielsweise in der bezüglich
den 3 und 4 beschriebenen Weise aus
Kennlinien abgeleitet werden kann, von dem Ermittler 103 zugeführt. Der
Umschalter 104 schaltet abhängig von dem Vorliegen einer
Rückwärtsfahrt, also
dem Signal des Erkenners 101, zwischen dem Sollmomentgeber 102 der
Vorwärtsfahrt
und dem Ermittler 103. Das Signal des Umschalters 104 ist
eine fahrdynamische Größen des
Fahrzeugs nicht berücksichtigende
Größe M_stat
für das
zu erzeugende Lenkmoment, das von dem Umschalter entsprechend an
den Addierer 106 weitergeleitet wird.
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Dem Addierer 106 kann neben
dem Momentanteil M_stat zusätzlich
noch ein fahrsituationsabhängiger
Lenkmomentanteil zugeführt
werden. Dieser Dynamikanteil M_dyn wird in dem Dynamikmodell 105 ermittelt.
Das Dynamikmodell kann dabei einen Beobachter zum Ermittlung des
Dynamikanteils beinhalten. Entsprechend der Fahrsituation, beispielsweise
dem Vorliegen durchdrehender Räder, kann
eine Anpassung des Lenkmoments erfolgen.
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Im Addierer 106 wird als
Rückwärtsfahrlenkmoment
die Summe aus der Größe M_stat
des Umschalters 104 und des Dynamikanteils M_dyn ermittelt.
Dieser Wert wird dann als Sollwert M_soll für das Lenkmoment dem Regler 108 zugeführt. Daneben wird
dem Regler 108 auch noch das aktuelle Ist-Moment M ist,
das an dem Lenkrad wirkt, zugeführt,
damit der Regelkreis ge schlossen ist. Der Regler ermittelt ein entsprechendes
Regelsignal und steuert den Momentensteller 109 entsprechend
an.
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In der 2 ist
ein Ausführungsbeispiel
dargelegt, bei dem neben bei Rückwärtsfahrt
dem Lenkmoment M vor des Sollmomentgebers 202 für die Vorwärtsfahrt
eine Rückwärtsfahrkomponente überlagert
wird. Hierzu wird das Moment M vor für die Vorwärtsfahrt dem Addierer 204 zugeführt. Die
Rückwärtsfahrkomponente
M_rück,
die beispielsweise analog zu den Kennlinien der 3 und 4 ermittelt werden
kann, wird in dem Ermittler 203 ermittelt und dem Multiplizierer 210 zugeführt. Der
Multiplizierer 210 erhält
darüber
hinaus das logische Signal des Erkenners 201, das den Wert
1 genau dann annimmt, wenn dieser eine Rückwärtsfahrt erkennt. Der Multiplizierer
liefert also bei Vorwärtsfahrt
den Wert Null, während
bei Rückwärtsfahrt
die Rückwärtsfahrkomponente
M_rück
an den Addierer 204 weitergeleitet wird.
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Der Addierer 204 ermittelt
daraus den statischen, fahrdynamische Einflüsse nicht berücksichtigenden
Anteil des Sollwerts M_stat an den Addierer 206. Dem Addierer 206 kann
neben dem Momentanteil M_stat zusätzlich noch ein fahrsituationsabhängiger Lenkmomentanteil
zugeführt
werden. Dieser Dynamikanteil M_dyn wird in dem Dynamikmodell 205 ermittelt.
Das Dynamikmodell kann dabei einen Beobachter zum Ermittlung des
Dynamikanteils beinhalten. Entsprechend der Fahrsituation, beispielsweise dem
Vorliegen durchdrehender Räder,
kann eine Anpassung des Lenkmoments erfolgen.
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Im Addierer 206 wird als
Rückwärtsfahrlenkmoment
die Summe aus der Größe M_stat
des Addierers 204 und des Dynamikanteils M_dyn ermittelt und
als Sollwert M_soll für
das Lenkmoment dem Regler 208 zugeführt. Daneben wird dem Regler 208 auch
noch das aktuelle Ist-Moment M_ist, das an dem Lenkrad wirkt, zugeführt, damit
der Regelkreis geschlossen ist. Der Regler ermittelt ein entsprechendes
Regelsignal und steuert den Mo mentensteller 209 entsprechend
an, ein entsprechendes Lenkmoment M_ist wird erzeugt.
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Die 3 und 4 zeigen jeweils im Vergleich den
Verlauf des Betrags nicht fahrdynamischer Anteile des Lenkmoments
in Form von beispielhaften Kennlinien im Vergleich zu entsprechenden
Kennlinien bei Vorwärtsfahrt.
Dabei sind die Kennlinien bei Vorwärtsfahrt gestrichelt, die entsprechenden
Kennlinien bei Rückwärtsfahrt
durchgezogen dargestellt.
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Die Kennlinien der 3 und 4 können dabei jeweils
nur für
sich genommen oder aber auch gleichzeitig verwendet werden, indem
die aus den Kennlinien ermittelten Werte miteinander addiert werden. Die
sich auch den 3 und 4 ergebenden Momente bilden
dabei je nach Ausführungsform
der Erfindung entweder den Rückwärtsanteil
(Ausführungsform
gemäß 1) oder die Rückwärtsfahrkomponente (Ausführungsform
gemäß 2). In den Figuren ist immer
nur der Betrag des entsprechenden Momentes dargestellt, das Lenkmoment
wirkt in jeder Stellung und bei jeder Lenkgeschwindigkeit so zentrierend,
dass das Lenkrad in Richtung der Mittellage beaufschlagt wird.
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Die 3 zeigt
den Verlauf des Lenkmoments M_z über
dem Lenkausschlag D des Lenkrades. Der Lenkausschlag D des Lenkrades
wurde dabei in einem Winkel bezüglich
der Mittellage des Lenkrades angegeben. Der Verlauf der gestrichelten Kurve 1 gibt
den Verlauf des Lenkmoments bei Vorwärtsfahrt in Abhängigkeit
des Lenkausschlags wieder. Der Verlauf der durchgezogen dargestellten
Kurve 2 gibt den Verlauf des Lenkmoments M_z in Abhängigkeit
des Lenkausschlags bei Rückwärtsfahrt wieder.
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Das aus der Kennlinie der 3 resultierende Lenkmoment
M_z weist um die Mittellage (D = 0° Lenkausschlag) herum einen
wesentlich steileren Anstieg auf. Der Anstieg, also der Gradient,
des Lenkmoments M_z um die Mittellage definiert die Zentrierung.
Durch den größeren Gradienten
des Lenkmoments bei Rückwärtsfahrt
gegenüber
der Vorwärtsfahrt
wird eine stärkere,
deutlicher fühlbare Zentrierung
erreicht. Darüber
hinaus sind die sich aus dem Verlauf der Kurve ergebenden Lenkmomente über den
gesamten Lenkeinschlag hinweg größer als
bei Vorwärtsfahrt.
Durch diese Maßnahme
wird zum einen ein besseres Aufrechterhalten der Mittellage der
Lenkung bei Rückwärtsfahrt
und zum anderen eine bessere Orientierung über den Lenkeinschlag für den Fahrer
ermöglicht.
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Die 4 zeigt
den Verlauf der die Dämpfung
wiedergebenden Kurven für
das Lenkmoment bei Vorwärtsfahrt
und bei Rückwärtsfahrt.
Die Dämpfung
ist ein von der Winkelgeschwindigkeit VL des Lenkrades bei dessen
Betätigung
abhängiges
Moment M_d am Lenkrad. In der 4 ist
das Lenkmoment M_d in Abhängigkeit
der Betätigungsgeschwindigkeit
VL in °/Sekunde
angegeben. Man erkennt, dass die Kurve 4 für das Lenkmoment
bei Rückwärtsfahrt
im gesamten Bereich oberhalb der Kurve 3 für das Lenkmoment
bei Vorwärtsfahrt
liegt. Es ist also eine stärkere
Dämpfung
gegeben.
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Der Rückwärtsanteil M_rück der 1 bzw. die Rückwärtsfahrkomponente
M_rück
der 2 kann dann beispielsweise
als Summe der beiden Lenkmomente M_z und M_d gebildet werden, es
gilt dann M_rück
= M_z(D) + M_d(VL).
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Dieser Wert kann dann dem Umschalter 104 oder
dem Mischer 204 zugeführt
werden.