DE10345484B4

DE10345484B4 - System zur Kompensation von sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten bei einem frontgetriebenen Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10345484B4
Application number: DE10345484.5A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Deppermann Karl; Dipl.-Ing. Brosig Stefan
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2023-10-01
Also published as: DE10345484A1

Abstract

System zur Kompensation von sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten bei einem frontgetriebenen Kraftfahrzeug, umfassend: – eine aktive Lenkung (3) mit einer Krafterzeugungseinrichtung (6) für das Lenkmoment (ML), – ein Sperrdifferential (5) zwischen den angetriebenen Rädern einer lenkbaren Fahrzeugachse, und – Steuerungsmittel (4), welche in Abhängigkeit erfasster Lenkungs- und weiterer Fahrzeugparameter ein Lenkmoment (ML) bestimmen und der Krafterzeugungseinrichtung (6) ein entsprechendes Signal zuführen, wobei Steuerungsmittel (4) für die Bestimmung eines Kompensationsmoments (MK) zur Kompensation sperrdifferentialinduzierter Lenkradstörmomente mit den Steuerungsmitteln (4) für die Erzeugung des Lenkmoments (ML) in einer Einheit zusammengefasst sind und das Kompensationsmoment (MK) mit dem Lenkmoment (ML) unter Bildung eines vereinigten Signals (sH) für die Krafterzeugungseinrichtung (6) zusammengeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Einheit eine dem Sperrdifferential (6) zugeleitete Stellgröße (sS) als Eingangsgröße aufgeschaltet ist und diese Einheit derart konfiguriert ist, um unter Berücksichtigung dieser dem Sperrdifferential zugeleiteten Stellgröße (sS) das Kompensationsmoment (MK) zu bestimmen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Kompensation von sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten bei einem frontgetriebenen Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Für den Drehzahlausgleich an den Fahrzeugrädern einer angetriebenen Fahrzeugachse, wie er beispielsweise bei Kurvenfahrt nötig ist, wird üblicherweise ein Differential eingesetzt. Dessen Aufgabe besteht darin, das Antriebsmoment möglichst gleichmäßig auf die Antriebsräder zu verteilen.
Beim Durchfahren einer Kurve wird das kurveninnere Rad weniger stark vertikal belastet als das kurvenäußere Rad. Infolgedessen kann das kurveninnere Rad im Grenzbereich weniger Antriebsmoment auf die Fahrbahn übertragen als das kurvenäußere Rad. Über das Differential wird jedoch am kurvenäußeren Rad das gleiche Antriebsmoment eingestellt, wie am kurveninneren Rad. Beim Durchfahren einer Kurve wird folglich das Antriebsmoment nicht voll ausgenutzt.
Verzögert man das kurveninnere Rad mittels einer Bremse, so stellt sich am kurvenäußeren Rad ein größeres Antriebsmoment ein. Wird im Extremfall das kurveninnere Rad blockiert, das heißt der Antrieb für eine Fahrzeugseite komplett gesperrt, so wird das volle Antriebsmoment auf das kurvenäußere Rad übertragen. Dies ist zwar für einen optimalen Vortrieb antriebstechnisch günstig, führt aber zu Störmomenten in der Lenkung, die vom Fahrer wahrgenommen werden. Sollen diese nicht zu groß werden, ergeben sich Einschränkungen bezüglich des Antriebsverhaltens beim Kurvenfahren.
Es besteht somit ein Zielkonflikt dahingehend, dass verstärkte Eingriffe eines beispielsweise stufenlos einstellbaren Sperrdifferentials oder einer passiven Differentialsperre einerseits über die Fahrwerkskinematik störende Momente am Lenkrad verursachen, andererseits aber solche Eingriffe aus antriebstechnischen Gründen zweckmäßig erscheinen, um eine maximal mögliche Vortriebkraft zu erzielen.
Lösungsvorschläge hierzu finden sich in den gleichermaßen gattungsbildenden Dokumenten DE 42 27 805 C2 und DE 100 11 639 A1 .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, technische Alternativen aufzuzeigen.
Hierzu wird ein System gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen.
Das System umfasst eine aktive Lenkung mit einer Krafterzeugungseinrichtung für das Lenkmoment und ein Sperrdifferential zwischen den angetriebenen Rädern einer lenkbaren Fahrzeugachse. Weiterhin sind Steuerungsmittel vorgesehen, welche in Abhängigkeit erfasster Lenkungs- und weiterer Fahrzeugparameter ein Lenkmoment bestimmen und der Krafterzeugungseinrichtung ein entsprechendes Signal zuführen. Solche Komponenten sind an Kraftfahrzeugen üblicherweise vorhanden.
Steuerungsmittel empfangen außerdem eine dem Sperrdifferential zugeleitete Stellgröße und bestimmen unter Berücksichtigung dieser dem Sperrdifferential zugeleiteten Stellgröße ein Kompensationsmoment, das mit dem Lenkmoment unter Bildung eines vereinigten Signals für die Krafterzeugungseinrichtung zusammengeführt wird.
Dabei sind die Steuerungsmittel für die Bestimmung des Kompensationsmoments mit den Steuerungsmitteln für die Erzeugung des Lenkmoments in einer Einheit zusammengefasst. Die dem Sperrdifferential zugeleitete Stellgröße ist dieser Einheit als Eingangsgröße aufgeschaltet.
Die Erfindung nutzt die gemeinhin bekannte Möglichkeit aktiver Lenkungen, um gezielt zusätzliche Momente in die Lenkung einzubringen. Jedoch erfolgt dies hier nicht nur zum Zweck der Erzeugung eines Lenkmoments oder der Unterstützung der vom Fahrer eingebrachten Kraft, sondern auch und vor allem dazu, um Lenkradstörmomente aus Differentialeinflüssen zu kompensieren.
Durch die intelligente Verbindung einer aktiven Lenkung und eines Sperrdifferentials mit höheren Sperrgraden werden Lenkradstörmomente kompensiert. Gleichzeitig lassen sich höhere Antriebsmomente an den Antriebsrädern realisieren.
Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in ihrer einfachen Durchführbarkeit. So werden neben der Lenkung und dem Sperrdifferential keine zusätzlichen aktiven Elemente benötigt. Durch Nutzung von am Fahrzeug üblicherweise vorhandenen Signalen lässt sich die Kompensation von Lenkradstörmomenten aus dem Differential ohne großen Aufwand verwirklichen. Dies kann insbesondere auch fahrsituationsabhängig erfolgen.
Mit Hilfe der Kompensation der Lenkradstörmomente können höhere Antriebsmomente ohne störende Einflüsse auf die Antriebsräder übertragen und damit größere Sperrgrade im Differential realisiert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Kompensation von sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten nach der Erfindung bei einem frontgetriebenen Kraftfahrzeug.
Das Ausführungsbeispiel in 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit Frontantrieb. Dabei ist die Antriebseinheit aus Motor und Getriebe mit dem Bezugszeichen 1 und die Vorderachse mit der zugehörigen Kinematik mit dem Bezugszeichen 2 versehen.
Eine aktive Lenkung mit einer Krafterzeugungseinrichtung 6 für das Lenkmoment M_L ist mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet. Diese Lenkung 3 ist hier als elektromechanische Lenkung mit Hilfskraftunterstützung ausgebildet. Zur Erzeugung einer Hilfskraft dient ein an sich bekanntes Aggregat, dessen Elektromotor auf eine Lenkstange einwirkt. Die Lenkung 3 umfasst weiterhin Steuerungsmittel 4, welche in Abhängigkeit erfasster Lenkungsparameter ein Lenkmoment M_L bestimmen und der Krafterzeugungseinrichtung 6 ein entsprechendes Signal zuführen. Bei einer Lenkung 3 mit Hilfskraftunterstützung ist das Lenkmoment M_L ein unterstützendes Lenkmoment.
In der Zeichnung nicht näher dargestellte Sensoren erfassen den vom Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel δ_L und das Lenkradmoment L. Als weiterer Lenkungsparameter kann zusätzlich die Lenkgeschwindigkeit v_L berücksichtigt werden, die sich beispielsweise aus der Veränderungen des Lenkradwinkels δ_L ableiten lässt.
Die Ermittlung des Lenkmoments M_L erfolgt bevorzugt fahrsituationsabhängig. Daher werden über die Steuerungsmittel 4 weiterhin auch Fahrzeugparameter in die Berechnung des n Lenkmoments M_L einbezogen. Vorzugsweise werden dabei solche Parameter verwendet, die am Fahrzeug bereits aus anderen Gründen erfasst werden. Diese sind beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit v_F und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit v_G und/oder der eingelegte Getriebegang G und/oder die Stellung α einer Drosselklappe.
Auf der Grundlage dieser Parameter lässt sich neben dem Ausmaß der Lenkungsunterstützung fahrsituationsabhängig zudem die Dämpfung in der Lenkung, der Lenkungsrücklauf oder ein Lenkmoment-Offset beeinflussen.
1 zeigt in schematischer Darstellung weiterhin ein Sperrdifferential 5, über welches das Motormoment M_M der Motor-Getriebe-Einheit 1 als Antriebsmoment M_AL bzw. M_AR auf die angetriebenen Fahrzeugräder der gelenkten Fahrzeugachse übertragen wird. Die Verteilung der Antriebsmomente M_AL bzw. M_AR auf das linke und rechte Antriebsrad wird über das Sperrdifferential 5 beeinflusst, dem hierzu eine Stellgröße s_S zugeführt wird.
Infolge einer Veränderung des Sperrzustands am Sperrdifferential 5 können beispielsweise beim Durchfahren einer Kurve an der Vorderachse 2 Störmomente M_Stör auftreten, die sich in der Lenkung 3 bemerkbar machen.
Das erfindungsgemäße System kompensiert diese Störmomente M_Stör über ein zusätzliches Kompensationsmoment M_K, das in Abhängigkeit der Stellgröße s_S, welche dem Sperrdifferential 5 zugeleitet wird, über die Krafterzeugungseinrichtung 6 der Lenkung 3 generiert wird.
Dazu sind Steuerungsmittel 4 vorgesehen, welche die dem Sperrdifferential 5 zugeleitete Stellgröße s_S empfangen und unter Berücksichtigung dieser Stellgröße s_S ein Kompensationsmoment M_K berechnen. Das Kompensationsmoment M_K wird mit dem Lenkmoment M_L zusammengeführt, um ein vereinigtes Signal s_H für die Krafterzeugungseinrichtung 6 zu generieren. Über das Moment M_H der Krafterzeugungseinrichtung 6, das von der Krafterzeugungseinrichtung 6 erzeugt wird, lässt sich das Störmoment M_Stör auf das gewünschte Sollmoment M_Soll ausgleichen. Das vom Fahrer eingebrachte Lenkradmoment L, das ebenfalls auf die Lenkstange der Lenkung 3 einwirkt, ist hier nicht dargestellt und im Prinzip dem Moment M_H der Krafterzeugungseinrichtung 6 ergänzend zuzurechnen.
Fällt bei der Lenkung eine unmittelbare mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und der Lenkstange weg, so wird das Lenkmoment M_L allein über die Krafterzeugungseinrichtung 6 generiert.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Steuerungsmittel 4 für die Bestimmung des Kompensationsmoments M_K mit den Steuerungsmitteln 4 für die Erzeugung des Lenkmoments M_L in einer Einheit zusammengefasst. Diese ist vorzugsweise in die Lenkung 3 integriert.
Als Sperrdifferential 5 kann ein stufenlos ansteuerbares Sperrdifferential zum Einsatz kommen.
Durch die Berücksichtigung der Differentialansteuerung in der Lenkung lassen sich sperrdifferentialinduzierte Lenkradstörmomente ohne großen technischen Aufwand auch bei höheren Sperrgraden kompensieren. Die Antriebsräder können damit größere Antriebsmomente übertragen.
Bezugszeichenliste

1: Motor-Getriebe-Einheit
2: Vorderachse
3: Lenkung
4: Steuerungsmittel
5: Sperrdifferential
6: Krafterzeugungseinrichtung
G: eingelegter Getriebegang
L: Lenkradmoment
M_AL: Antriebsmoment links
M_AR: Antriebsmoment rechts
M_H: Moment der Krafterzeugungseinrichtung
M_K: Kompensationsmoment
M_L: Lenkmoment
M_M: Motormoment
M_Soll: Sollmoment
M_Stör: Störmoment
s_S: Sperrdifferential-Stellgröße
s_H: vereinigtes Signal
v_F: Fahrgeschwindigkeit
v_G: Gierwinkelgeschwindigkeit
v_L: Lenkgeschwindigkeit
α: Stellung der Drosselklappe
δ_L: Lenkradwinkel

Claims

System zur Kompensation von sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten bei einem frontgetriebenen Kraftfahrzeug, umfassend: – eine aktive Lenkung (3) mit einer Krafterzeugungseinrichtung (6) für das Lenkmoment (M_L), – ein Sperrdifferential (5) zwischen den angetriebenen Rädern einer lenkbaren Fahrzeugachse, und – Steuerungsmittel (4), welche in Abhängigkeit erfasster Lenkungs- und weiterer Fahrzeugparameter ein Lenkmoment (M_L) bestimmen und der Krafterzeugungseinrichtung (6) ein entsprechendes Signal zuführen, wobei Steuerungsmittel (4) für die Bestimmung eines Kompensationsmoments (M_K) zur Kompensation sperrdifferentialinduzierter Lenkradstörmomente mit den Steuerungsmitteln (4) für die Erzeugung des Lenkmoments (M_L) in einer Einheit zusammengefasst sind und das Kompensationsmoment (M_K) mit dem Lenkmoment (M_L) unter Bildung eines vereinigten Signals (s_H) für die Krafterzeugungseinrichtung (6) zusammengeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Einheit eine dem Sperrdifferential (6) zugeleitete Stellgröße (s_S) als Eingangsgröße aufgeschaltet ist und diese Einheit derart konfiguriert ist, um unter Berücksichtigung dieser dem Sperrdifferential zugeleiteten Stellgröße (s_S) das Kompensationsmoment (M_K) zu bestimmen.
System zur Kompensation von sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit räumlich in die Lenkung (3) integriert ist.
System zur Kompensation von sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zur Erfassung der Lenkungsparameter " Lenkradwinkel " (δ_L) und " Lenkradmoment " (L) vorgesehen sind.
System zur Kompensation von sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Lenkungsparameter die Lenkgeschwindigkeit (v_L) berücksichtigt wird.
System zur Kompensation von sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrzeugparameter am Fahrzeug zur Verfügung stehende Größen wie die Fahrgeschwindigkeit (v_F) und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit (v_G) und/oder der eingelegte Getriebegang (G) und/oder die Stellung (α) einer Drosselklappe berücksichtigt werden.
System zur Kompensation von Sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrdifferential (5) stufenlos ansteuerbar ist.
System zur Kompensation von Sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafterzeugungseinrichtung (6) einen Elektromotor zur Erzeugung des Lenkmoments (M_L) und des Kompensationsmoments (M_K) aufweist.
System zur Kompensation von Sperrdifferentialinduzierten Lenkradstörmomenten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkung (3) als elektromechanische Lenkung ausgebildet ist.