DE112019003573T5

DE112019003573T5 - Gewichtung einer anwendung einer assistenzfunktion in einem servolenksystem eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE112019003573T5
Application number: DE112019003573.8T
Authority: DE
Inventors: André Michelis; Luc Leydier
Original assignee: JTEKT Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2021-04-08
Also published as: CN112424055A; CN112424055B; JP7402216B2; FR3083771B1; US12012158B2; JP2021524415A; US20220204074A1; FR3083771A1; WO2020012107A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modulation der Anwendung einer Unterstützungsfunktion eines Servolenksystems in einem Fahrzeug, wobei das Fahrzeug zumindest zwei Räder, ein Lenkrad und einen Hilfsmotor umfasst, der ein Hilfsmoment (C_RP) auf eine Zahnstange ausübt, wobei das Verfahren einen Schritt (3) des Evaluierens einer Anwendungsverstärkung (G_A) der Unterstützungsfunktion, einen Schritt (2) des Schätzens des der Unterstützungsfunktion (C_R) zugeordneten Hilfsmoments und einen Schritt (4) des Multiplizierens des der Unterstützungsfunktion (C_R) zugeordneten Hilfsmoments und der Anwendungsverstärkung (G_A) ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (3) des Evaluierens der Anwendungsverstärkung (G_A) eine erste Phase (31) des Ermittelns einer ersten Verstärkung (G₁) in Abhängigkeit von einer Giergeschwindigkeit (V_L) und einem Winkel ̈(α_D) des Lenkrads umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Servolenkungen und insbesondere ein Verfahren zur Modulation einer Anwendung einer Assistenzunktion einer Servolenkung in einem Fahrzeug.
Ein Kraftfahrzeug verfügt in der Regel über ein Lenksystem, das es dem Fahrer ermöglicht, eine vom Fahrzeug verfolgte Bewegungsbahn zu modifizieren. Dazu verändert der Fahrer den Winkel eines Lenkrads. Das Lenkrad ist mit einer Lenksäule verbunden, die ihrerseits mit einer Zahnstange verbunden ist, die den Winkel des Lenkrads in eine translatorische Bewegung umwandelt, die es ermöglicht, die Ausrichtung der gelenkten Räder des Fahrzeugs zu modifizieren und somit eine Rechtskurve oder eine Linkskurve auszuführen.
Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass die gelenkten Räder an einem vorderen Bereich des Fahrzeugs positioniert sind. Wenn der Winkel des Lenkrads im Wesentlichen Null ist, sind die gelenkten Räder im Wesentlichen mit einer Längsachse des Fahrzeugs ausgerichtet und das Fahrzeug folgt einer geradlinigen Bewegungsbahn. Wenn der Fahrer das Lenkrad in eine negative Richtung dreht, wird der Winkel des Lenkrads gemäß der Konvention im Rest des Dokuments negativ, die gelenkten Räder bilden einen negativen Winkel mit der Längsachse des Fahrzeugs und das Fahrzeug führt eine Linkskurve aus. Wenn der Fahrer das Lenkrad hingegen in eine positive Richtung dreht, wird der Winkel des Lenkrads positiv, die gelenkten Räder bilden einen positiven Winkel mit der Längsachse des Fahrzeugs und das Fahrzeug führt eine Rechtskurve aus.
Im Fall einer Servolenkung wird der Fahrer bei der Modifizierung der Bewegungsbahn durch einen Hilfsmotor unterstützt, der ein Hilfsmoment auf die Zahnstange ausübt, wodurch die Ausrichtung des Lenkrads erleichtert wird.
Abhängig von den Witterungsbedingungen, dem Zustand der Fahrbahnoberfläche und der vom Fahrer gewünschten Bewegungsbahn werden unterschiedliche dynamische Fahrsituationen für das Fahrzeug definiert.
Das Fahrzeug kann sich in einer Lenksituation, d. h. in einer Situation befinden, in welcher der Fahrer das Lenkrad dreht, sodass der Winkel des Lenkrads ungleich Null ist und das Fahrzeug somit eine Kurve ausführt.
Das Fahrzeug kann sich in einer Weiterlenksituation, d. h. in einer Situation befinden, in welcher der Fahrer das Lenkrad um einen Winkel dreht, der größer als der Winkel ist, der notwendig ist, um die gewünschte Kurve in einer Situation mit normaler Bodenhaftung der gelenkten Räder auszuführen.
Das Fahrzeug kann sich in einer Auslenksituation, d. h. in einer Situation befinden, in welcher der Fahrer nach dem Lenken oder Weiterlenken das Lenkrad in eine der Lenk- oder Weiterlenkrichtung entgegengesetzte Richtung dreht, ohne einen Winkel des Lenkrads zu überschreiten, der im Wesentlichen gleich Null ist.
Schließlich kann sich das Fahrzeug in einer Gegenlenksituation, d. h. in einer Situation befinden, in welcher der Fahrer das Lenkrad nach dem Lenken oder Weiterlenken in eine Richtung entgegengesetzt zur Lenk- oder Weiterlenkrichtung um einen Winkel dreht, der größer als ein Winkel ist, der im Wesentlichen gleich Null ist.
Der Fahrer muss weiterlenken oder gegenlenken, wenn das Fahrzeug z. B. eine Bewegungsbahn einnimmt, die vom Fahrer nicht gewünscht ist. Insbesondere beim Durchfahren einer Kurve kommt es, wenn der Fahrer beschleunigt, zu einer Massenverlagerung von einem vorderen Bereich zu einem hinteren Bereich des Fahrzeugs entlang der Längsachse des Fahrzeugs. Diese Massenverlagerung hat zur Folge, dass die Vorderräder vom Gewicht des Fahrzeugs entlastet werden und dadurch ausfallen können. Das Fahrzeug führt dann ein sogenanntes Untersteuern aus, was bedeutet, dass der vom Fahrzeug ausgeführte Kurvenwinkel kleiner als der vom Fahrer gewünschte Kurvenwinkel ist.
Der Fahrer muss z.B. aus- oder gegenlenken, wenn das Fahrzeug zu schnell am Kurveneingang ankommt und plötzlich zum Reduzieren seiner Geschwindigkeit abbremst, sodass eine Massenverlagerung vom hinteren Bereich zum vorderen Bereich des Fahrzeugs stattfindet. Diese Massenverlagerung bewirkt, dass die Hinterräder vom Gewicht des Fahrzeugs entlastet werden, was zu einem Verlust deren Bodenhaftung auf der Fahrbahnoberfläche führen kann. Ein leichtes Einlenken der Räder in Richtung der Kurveninnenseite reicht dann aus, um das Fahrzeug in eine Drehbewegung zu versetzen, bei welcher der hintere Bereich des Fahrzeugs vor den vorderen Bereich fährt. Das Fahrzeug führt dann ein sogenanntes Übersteuern oder allgemeiner ein „Heckausbrechen“ aus, d. h. der Winkel der Kurve, die das Fahrzeug durchfährt, ist größer als der vom Fahrer gewünschte Winkel der Kurve.
Um den Fahrer beim Kontrollieren der Bewegungsbahn seines Fahrzeugs zu unterstützen, ist es bekannt, eine Unter- oder Übersteuerungssituation möglichst frühzeitig zu erkennen, wie dies in den Patenten WO2010070229 und WO2016083702 beschrieben ist, und Assistenzfunktionen zur Korrektur der Bewegungsbahn des Fahrzeugs einzusetzen.
Neben den Assistenzfunktionen zur Bewegungsbahnkorrektur umfasst das Servolenksystem weitere Assistenzfunktionen, die es ermöglichen, z. B. mechanische Lenkungsmängel zu korrigieren oder das Gefühl für die Fahrbedingungen des Fahrzeugs zu verbessern. Dazu gehören z.B. eine Rückstellfunktion zur Mitte des Lenkrads, die den Lenkradwinkel im Wesentlichen auf Null bringen soll, oder eine Dämpfungsfunktion, die ein möglichst natürliches Lenkradgefühl und eine möglichst natürliche Fahrzeugdynamik ermöglichen soll.
Es ist bekannt, eine Anwendung dieser Assistenzfunktionen auf die Servolenksystem durch Ermitteln einer Kompensationsverstärkung in Abhängigkeit von einer Längsbeschleunigung und einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs zu modulieren.
Die Querbeschleunigung entspricht der zweiten Ableitung nach der Zeit der momentanen Position des Fahrzeugs entlang einer Achse quer zur Längsachse des Fahrzeugs, d. h. der Fahrzeugbeschleunigung, wenn dieses eine Kurvenfahrt ausführt.
Die Längsbeschleunigung entspricht der zweiten Ableitung nach der Zeit der momentanen Position des Fahrzeugs entlang der Längsachse des Fahrzeugs, d. h. der Fahrzeugbeschleunigung, wenn dieses eine Geradeausfahrt durchfährt.
Auf diese Weise werden die Assistenzfunktionen in Abhängigkeit von der Quer- und Längsbeschleunigung des Fahrzeugs, d. h. in Abhängigkeit von dynamischen Parametern des Fahrzeugs, eingesetzt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Modulation der Anwendung der Assistenzfunktionen so zu verbessern, dass alle dynamischen Fahrsituationen, d. h. eine Lenk-, Weiterlenk-, Auslenk- und Gegenlenksituation, berücksichtigt werden.
Hierzu schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Modulieren einer Anwendung einer Unterstützungsfunktion eines Servolenksystems in einem Fahrzeug vor, wobei das Fahrzeug zumindest zwei Räder, ein Lenkrad, einen Hilfsmotor, der ein Hilfsmoment auf eine Zahnstange ausübt, umfasst, wobei das Verfahren einen Schritt des Evaluierens einer Anwendungsverstärkung der Assistenzfunktion, einen Schritt des Schätzens des Hilfsmoments, das der Assistenzfunktion zugeordnet ist, und einen Schritt des Multiplizierens des Hilfsmoments, das der Assistenzfunktion und der Anwendungsverstärkung zugeordnet ist, durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Evaluierens der Anwendungsverstärkung eine erste Phase des Ermittelns einer ersten Verstärkung in Abhängigkeit von einer Giergeschwindigkeit und einem Winkel des Lenkrads umfasst.
Die Assistenzfunktion, auf welche die Anwendungsverstärkung angewendet wird, kann eine beliebige Assistenzfunktion sein, die in das Fahrzeuglenksystem integriert ist und es beispielsweise ermöglicht, eine Bewegungsbahn des Fahrzeugs zu korrigieren, mechanische Unzulänglichkeiten der Richtung zu korrigieren oder ein Gefühl für die Fahrbedingungen des Fahrzeugs zu verbessern. Als Beispiel kann eine Rückstellfunktion zur Mitte des Lenkrades oder eine Dämpfungsfunktion genannt werden.
Wenn das Fahrzeug mehrere Assistenzfunktionen umfasst, ermittelt das erfindungsgemäße Verfahren so viele Anwendungsverstärkungen, wie es Assistenzfunktionen gibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine progressive Anwendung einer Assistenzfunktion, d. h. einer Modulation, auf das Lenksystem in Abhängigkeit von den dynamischen Fahrsituationen, d. h. in Abhängigkeit von einer Lenk-, Weiterlenk-, Auslenk- und Gegenlenksituation, und in Abhängigkeit von den Bedingungen der Fahrzeughaftung auf der Fahrbahnoberfläche.
Wenn das Fahrzeug z. B. eine Geradeausfahrt auf einer Fahrbahnoberfläche mit geringer Bodenhaftung wie z. B. Eis, ausführt, greifen die Räder auf der Fahrbahnoberfläche nicht richtig. In dieser Situation ist das Antriebsmoment hoch, aber die Längsbeschleunigung ist gering. Wenn die Fahrbahnoberfläche, wie z. B. Asphalt, eine hohe Bodenhaftung aufweist, greifen die Räder auf der Fahrbahnoberfläche kräftig und die Längsbeschleunigung ist erheblich. Abhängig von den Bodenhaftungsbedingungen des Fahrzeugs müssen also bestimmte Assistenzfunktionen angewendet werden, während andere nicht angewendet werden dürfen.
Die Gierrate entspricht der Geschwindigkeit einer Rotationsbewegung des Fahrzeugs um eine vertikale Achse.
Die erste Ermittlungsphase prüft die Übereinstimmung zwischen dem Winkel des Lenkrads und der Gierrate.
Die Anwendungsverstärkung umfasst eine erste Verstärkung, die von den Parametern des Fahrzeugs abhängt.
Diese Anwendungsverstärkung wird dann mit dem der Assistenzfunktion zugeordneten Assistenzmoment multipliziert, um ein gewichtetes Assistenzmoment zu ermitteln, das der Hilfsmotor auf die Fahrzeugzahnstange ausübt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung hängt die erste Verstärkung vom Absolutwert der Gierrate, oder von einem theoretischen Winkel, der aus der Gierrate und einer Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird, oder von einer theoretischen Querbeschleunigung ab, die aus der Gierrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung hängt die erste Verstärkung vom Winkel des Lenkrads oder von einer theoretischen Gierrate ab, die aus dem Winkel des Lenkrads und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung hängt die erste Verstärkung vom Winkel des Lenkrads multipliziert mit dem Vorzeichen der Gierrate, oder von einer theoretischen Gierrate multipliziert mit dem Vorzeichen der Gierrate ab, die aus dem Winkel des Lenkrads und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.
Dementsprechend wird die erste Verstärkung durch eine dreidimensionale Grafik dargestellt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der Schritt des Evaluierens der Anwendungsverstärkung eine zweite Phase des Ermittelns einer zweiten Verstärkung in Abhängigkeit von einer Längsbeschleunigung des Fahrzeugs.
Die zweite Verstärkung ist abhängig von den Parametern des Fahrzeugs.
Die zweite Verstärkung wird durch eine zweidimensionale Grafik dargestellt, wobei die x-Achse die Längsbeschleunigung und die y-Achse die zweite Verstärkung darstellt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Schritt des Evaluierens der Anwendungsverstärkung einen dritten Schritt des Ermittelns einer dritten Verstärkung in Abhängigkeit von einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs.
Die dritte Verstärkung ist jeweils abhängig von den Parametern des Fahrzeugs.
Die dritte Verstärkung wird durch eine zweidimensionale Grafik dargestellt, wobei die x-Achse die Querbeschleunigung und die y-Achse die dritte Verstärkung darstellt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung liegen die erste Verstärkung, die zweite Verstärkung und die dritte Verstärkung im Bereich zwischen 0 und 1.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der Schritt des Evaluierens der Anwendungsverstärkung die Multiplikation der ersten Verstärkung, der zweiten Verstärkung und der dritten Verstärkung.
Wenn demnach entweder die erste Verstärkung oder die zweite Verstärkung oder die dritte Verstärkung einen Wert von 0 aufweist, ist die Anwendungsverstärkung gleich Null und somit ist das gewichtete Hilfsmoment gleich Null, d. h. die Assistenzfunktion wird in dieser dynamischen Fahrsituation nicht angewendet. Wenn die erste Verstärkung, die zweite Verstärkung und die dritte Verstärkung den Wert 1 aufweisen, ist das gewichtete Hilfsmoment maximal, d. h. die Assistenzfunktion wird in dieser dynamischen Fahrsituation auf das Fahrzeug angewendet.
Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass die Assistenzfunktion, auf welche die Anwendungsverstärkung angewendet wird, eine Richtungsumkehrfunktion ist, die es ermöglicht, ein Zerrmoment-Phänomen, auch „Torque Steer“ bezeichnet, zu kompensieren. Das Zerrmoment-Phänomen tritt auf, wenn die zumindest zwei Räder mit einem Sperrdifferenzial oder einem „selbstsperrenden Differenzial“ ausgestattet sind, das die Übertragung eines von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs zugeführten Antriebsmoments auf das Rad mit der niedrigsten Drehgeschwindigkeit, d. h. auf das Rad, das sich in einer Kurve innen befindet, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt, oder auf beide Räder, wenn diese die gleiche Drehgeschwindigkeit aufweisen, oder auf das gleiche Rad ermöglicht, das sich in der Kurve außen befindet, wenn das innere Rad durchrutscht. Wenn das Fahrzeug z. B. nach links fährt, d. h., wenn sich das linke Rad in der Kurve innen befindet, dreht sich das linke Rad langsamer als das rechte Rad, sodass das linke Rad das Antriebsmoment erhält. Wenn das linke Rad durchrutscht, erhöht sich dessen Geschwindigkeit, bis es die Geschwindigkeit des rechten Rades erreicht. Das Antriebsmoment wird dann auf das rechte Rad übertragen, wodurch das Zerrmoment-Phänomen, d. h. ein Phänomen eines Selbstlenkens nach rechts, verursacht wird. Das Zerrmoment-Phänomen tritt auch auf, wenn das Fahrzeug eine Geradeausfahrt ausführt und die Räder eine unterschiedliche Bodenhaftung auf der Fahrbahnoberfläche aufweisen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Berechnens einer Kompensationsverstärkung, der eine vierte Phase des Ermittelns einer vierten Verstärkung in Abhängigkeit von einem Raddrehmoment von zumindest einem der beiden Räder umfasst.
Jedes Rad ist einerseits einem Teil des Antriebsmoments und andererseits Reibungskräften ausgesetzt, die mit der verfolgten Bewegungsbahn und der Fahrbahnoberfläche zusammenhängen. Daher können die auf ein Rad ausgeübten Kräfte von Rad zu Rad variieren
Das Raddrehmoment ist ein Bruchteil des Antriebsdrehmoments, das von diesem Rad aufgenommen wird.
Die vierte Verstärkung wird durch eine zweidimensionale Grafik dargestellt, wobei die x-Achse das Drehmoment an zumindest einem Rad und die y-Achse die vierte Verstärkung darstellt. Die vierte Verstärkung stellt eine Intensität des Zerrmoment-Phänomens dar.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung liegt die vierte Verstärkung zwischen 0 und 1.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der Schritt des Berechnens einer Kompensationsverstärkung eine fünfte Phase des Ermittelns einer fünften Verstärkung in Abhängigkeit von einem Winkel des Lenkrads und einer Differenz der Drehgeschwindigkeiten der zumindest zwei Räder.
Die fünfte Verstärkung repräsentiert eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Fahrsituation vorliegt, die zum Auftreten des Zugmoment-Phänomens führen kann.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die fünfte Ermittlungsphase abhängig vom Winkel des Lenkrads, multipliziert mit dem Vorzeichen einer Differenz der Drehgeschwindigkeiten der zumindest zwei Räder, und von einem Absolutwert der Differenz der Drehgeschwindigkeiten der zumindest zwei Räder.
Folglich wird die fünfte Verstärkung durch eine dreidimensionale Grafik dargestellt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung liegt die fünfte Verstärkung zwischen 0 und 1.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der Schritt des Berechnens der Kompensationsverstärkung die Multiplikation der vierten Verstärkung und der fünften Verstärkung.
Die Kompensationsverstärkung ist eine Verstärkung, die zwischen 0 und 1 liegt. Diese variiert kontinuierlich.
Wenn die vierte Verstärkung oder die fünfte Verstärkung einen Wert von 0 aufweist, ist die Kompensationsverstärkung gleich Null und daher ist das gewichtete Rückstellmoment gleich Null, d. h. ein Zerrmoment-Phänomen wird nicht erfasst, und wenn die vierte Verstärkung und die fünfte Verstärkung einen Wert von 1 aufweisen, ist das gewichtete Rückstellmoment maximal, d. h. ein Zerrmoment-Phänomen tritt am Fahrzeug auf.
Die Kompensationsverstärkung wird im Multiplikationsschritt mit der Anwendungsverstärkung und dem der Rückstellfunktion zugeordneten Hilfsmoment multipliziert.
Das Verfahren schafft einen kontinuierlichen Übergang zwischen einem Zustand, in dem die Rückstellunktion vollständig aktiv ist, und einem Zustand, in dem die Rückstellfunktion inaktiv ist. Auf diese Weise spürt ein Fahrer die Aktivierung oder Deaktivierung der Rückstellfunktion nicht.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird das Raddrehmoment als Funktion der Drehgeschwindigkeit zumindest eines der beiden Räder, einer Motordrehzahl und einem vom Antriebsmotor zugeführten Antriebsmoment ermittelt.
Die Anzahl der Umdrehungen, die der Antriebsmotor pro Zeiteinheit durchführt, wird als Motordrehzahl bezeichnet.
Die Erfindung betrifft ferner eine Servolenkvorrichtung für ein Fahrzeug, das zumindest zwei Räder, ein Lenkrad, einen Hilfsmotor, der ein Hilfsdrehmoment auf eine Zahnstange ausübt, einen Antriebsmotor, der ein Raddrehmoment auf die zumindest zwei Räder ausübt, aufweist, und ein Verfahren zum Modulieren einer Anwendung einer Assistenzfunktion eines Servolenksystems in einem Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt.
Die Erfindung wird dank der nachstehenden Beschreibung besser verständlich, die sich auf ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel bezieht, das als nicht einschränkendes Beispiel angegeben und mit Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert wird, in denen:

- 1 eine schematische Darstellung der Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt,
- 2 eine dreidimensionale Grafik zeigt, die eine fünfte Verstärkung gemäß der Erfindung als Funktion eines Winkels des Lenkrads multipliziert mit dem Vorzeichen einer Differenz der Drehgeschwindigkeiten zweier Räder des Fahrzeugs, und einem Absolutwert der Differenz der Drehgeschwindigkeiten der beiden Räder zeigt, und
- 3 eine dreidimensionale Grafik, die eine erste erfindungsgemäße Verstärkung als Funktion des Winkels des Lenkrads multipliziert mit dem Vorzeichen einer Fahrzeug-Gierrate, und dem Absolutwert der Gierrate zeigt.

In der weiteren Beschreibung wird ein Fahrzeug mit einem Lenkrad betrachtet, das es dem Fahrer ermöglicht, eine vom Fahrzeug verfolgte Bewegungsbahn als Funktion eines Winkels α_D des Lenkrads zu modifizieren. Das Lenkrad ist mit einer Lenksäule verbunden, die ihrerseits mit einer Zahnstange verbunden ist, die den Winkel α_D des Lenkrads in eine translatorische Bewegung umwandelt, die das Modifizieren der Ausrichtung der beiden gelenkten und angetriebenen Räder des Fahrzeugs ermöglicht, d. h. die es ermöglicht, eine Bewegungsbahn eines Fahrzeugs zu modifizieren, und motorisiert sind, d. h. eingerichtet sind, um ein von einem Fahrzeugmotor zugeführtes Antriebsmoment ganz oder teilweise auf eine Fahrbahnoberfläche zu übertragen, um das Fahrzeug anzutreiben, und somit eine Rechtskurve oder eine Linkskurve auszuführen.
Der Fahrer wird in seiner Absicht, den Winkel α_D des Lenkrads zu verändern, durch einen Hilfsmotor unterstützt, der ein Unterstützungsmoment auf die Zahnstange ausübt.
1 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Modulieren einer Anwendung einer Assistenzfunktion eines Servolenksystems in einem Fahrzeug. Genauer gesagt, veranschaulicht 1 ein Verfahren zum Modulieren der Anwendung einer Rückstellfunktion.
Die Rückstellfunktion ermöglicht es, ein Unterstützungsmoment C_R auszuüben, um eine Abweichung des Winkels α_D des Lenkrads zu kompensieren, die durch ein Zerrmoment-Phänomen verursacht wird, das in bestimmten Fahrsituationen des Fahrzeugs auftritt.
Die Rückstellfunktion ermittelt während eines Schätzschritts 2 das der Rückstellfunktion C_R zugeordnete Hilfsmoment, wobei das Hilfsmoment C_R das Kompensieren der Abweichung des Winkels α_D des Lenkrads ermöglicht, die durch das Zerrmoment-Phänomen verursacht wird. Der Schätzschritt 2 erhält als Eingang eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vv, den Winkel α_D des Lenkrads und eine Drehgeschwindigkeit V_D des Lenkrads.
Darüber hinaus ermittelt das Verfahren eine Kompensationsverstärkung Gc während eines Schritts 1 des Berechnens der Kompensationsverstärkung Gc, der eine erste Phase 11 des Ermittelns einer vierten Verstärkung G₄ und eine fünfte Phase 12 des Ermittelns einer fünften Verstärkung G₅ umfasst.
Die vierte Phase 11 erhält als Eingang ein von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs zugeführtes Antriebsmoment C_M, das den Vortrieb des Fahrzeugs ermöglicht, eine Motordrehzahl E_RPM, d. h. die Anzahl der vom Antriebsmotor pro Zeiteinheit durchgeführten Umdrehungen, und die Drehgeschwindigkeit V_R der beiden Räder. Die vierte Phase 11 ermittelt somit die vierte Verstärkung G₄, die durch eine zweidimensionale Grafik dargestellt wird, wobei die x-Achse ein Raddrehmoment, d. h. den Anteil des Antriebsdrehmoments C_M, der vom Rad aufgenommen wird, darstellt, und die y-Achse die vierte Verstärkung G₄ darstellt. Die vierte Verstärkung G₄ repräsentiert eine Intensität des Zerrmoment-Phänomens. Diese liegt zwischen 0 und 1.
Die fünfte Phase 12 erhält als Eingang die Drehgeschwindigkeit V_R der beiden Räder und den Winkel α_D des Lenkrads. Die fünfte Phase 12 ermittelt somit die fünfte Verstärkung G₅, die, wie in 2 dargestellt, durch eine dreidimensionale Grafik dargestellt wird, die auf einer x-Achse einen Absolutwert der Differenz der Drehgeschwindigkeiten |ΔVR | der beiden Räder in Stundenkilometern (km/h), und auf einer Maßachse den Winkel α_D des Lenkrads multipliziert mit dem Vorzeichen einer Differenz der Drehgeschwindigkeiten der beiden Räder (signΔV_R) umfasst, das im Folgenden als vorzeichenbehafteter Winkel α_D des Lenkrads in Grad (deg) bezeichnet wird.
Genauer gesagt weist die fünfte Verstärkung G₅ in einer ersten Zone 21 einen Wert auf, der im Wesentlichen gleich 0 ist, wenn sich das Fahrzeug in einer Fahrsituation befindet, in der kein Risiko des Auftretens des Zerrmoment-Phänomens besteht.
Somit wird ermittelt, dass, wenn die Differenz der Drehgeschwindigkeit ΔV_R zwischen den Rädern beträchtlich (größer als 3 km/h) ist und der vorzeichenbehaftete Winkel α_D des Lenkrads negativ ist, kein Risiko eines Auftretens des Zerrmoment-Phänomens besteht. Diese erste Zone 21 stellt eine Fahrsituation dar, in der das Fahrzeug eine Kurve in eine Richtung, zum Beispiel eine Linkskurve in Fahrtrichtung des Fahrzeugs, mit dem linken Rad ausführt, das eine größere Drehgeschwindigkeit V_R als das rechte Rad aufweist. Die Übertragung des Antriebsmoments C_M auf das Rad mit der niedrigsten Drehzahl V_R, d. h. in unserem Beispiel auf das rechte Rad, wird die Kurve des Fahrzeugs nach links tatsächlich unterstützen.
Die fünfte Verstärkung G₅ weist in einer zweiten Zone 22 einen Wert auf, der im Wesentlichen gleich 0 ist, wenn der vorzeichenbehaftete Winkel α_D des Lenkrads im Wesentlichen gleich 0 ist, und weist einen Wert auf, der im Wesentlichen gleich 1 ist, wenn der vorzeichenbehaftete Winkel α_D des Lenkrads im Wesentlichen gleich 1 ist. In der zweiten Zone 22 nimmt die fünfte Verstärkung G5 kontinuierlich zu. Die zweite Zone 22 stellt die Fahrsituationen des Fahrzeugs dar, in denen das Risiko des Auftretens des Zerrmoment-Phänomens besteht. Je mehr der vorzeichenbehaftete Winkel α_D des Lenkrads zunimmt, d. h. je mehr das Fahrzeug eine Kurvenfahrt ausführt, desto größer ist in der Tat das Risiko des Auftretens des Phänomens des Zugmoments.
Darüber hinaus weist in einer dritten Zone 23 die fünfte Verstärkung G₅ einen Wert auf, der im Wesentlichen gleich 0 ist, wenn die Differenz der Drehgeschwindigkeit ΔV_R zwischen den Rädern gering ist (weniger als 3 km/h beträgt) und der vorzeichenbehaftete Winkel α_D des Lenkrads negativ ist, und weist einen zunehmenden Wert bis zu 0,8 auf, wenn die Differenz der Drehgeschwindigkeit ΔV_R zwischen den Rädern gleich 0 km/h beträgt und der vorzeichenbehaftete Winkel α_D des Lenkrads gleich -90° ist. Die dritte Zone 23 stellt die Fahrsituationen des Fahrzeugs dar, in denen ein durchschnittliches Risiko des Auftretens des Zerrmoment-Pränomens besteht. Je kleiner die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Rädern ist, desto stärker kann das Zerrmoment-Pränomen tatsächlich auftreten.
Die fünfte Verstärkung G₅, die zwischen 0 und 1 variiert, stellt eine Wahrscheinlichkeit dar, sich in einer Fahrsituation zu befinden, die zum Auftreten des Zerrmoment-Pränomens führen kann.
Der Berechnungsschritt 1 der Kompensationsverstärkung Gc umfasst die Multiplikation der vierten Verstärkung G₄ und der fünften Verstärkung G₅.
Wenn die vierte Verstärkung G₄ und/oder die fünfte Verstärkung G₅ einen Wert von 0 aufweist, ist die Kompensationsverstärkung Gc demnach gleich Null, das heißt, dass ein Zerrmoment-Phänomen nicht erfasst wird, und wenn die vierte Verstärkung G₄ und die fünfte Verstärkung G₅ einen Wert von 1 aufweisen, ist die Kompensationsverstärkung Gc gleich 1, das heißt, dass das Zerrmoment-Phänomen auf das Fahrzeug ausgeübt wird.
Das Verfahren ermittelt zudem eine Anwendungsverstärkung G_A, die der Rückstellfunktion zugeordnet ist, während eines Schritts 3 des Evaluierens einer Anwendungsverstärkung G_A, der eine erste Phase 31 des Ermittelns einer ersten Verstärkung G₁, eine zweite Phase des Ermittelns 32 einer zweiten Verstärkung G₂ und eine dritte Phase 33 des Ermittelns einer dritten Verstärkung G₃ umfasst.
Die dritte Phase 33 erhält als Eingang einen Wert der Querbeschleunigung A_lat des Fahrzeugs. Die dritte Phase 33 ermittelt somit die dritte Verstärkung G₃, die durch eine zweidimensionale Grafik mit der Querbeschleunigung A_lat auf der x-Achse und der dritten Verstärkung G₃ auf der y-Achse dargestellt wird, die zwischen 0 und 1 variiert.
Die Querbeschleunigung entspricht der Beschleunigung des Fahrzeugs, wenn dieses eine Kurvenfahrt ausführt.
Die zweite Phase 32 erhält als Eingang einen Wert der Längsbeschleunigung Aion des Fahrzeugs. Die zweite Phase 32 ermittelt somit die zweite Verstärkung G₂, die durch eine zweidimensionale Grafik mit der Längsbeschleunigung A_lon auf der x-Achse und der zweiten Verstärkung G₂ auf der y-Achse dargestellt wird, die zwischen 0 und 1 variiert.
Die Längsbeschleunigung A_lon entspricht der Fahrzeugbeschleunigung, wenn dieses eine Geradeausfahrt ausführt.
Die erste Phase 31 erhält als Eingang den Winkel α_D des Lenkrads und eine Gierrate V_L des Fahrzeugs. Die erste Phase 31 ermittelt somit die erste Verstärkung G₁, die durch eine dreidimensionale Grafik, wie in 3 veranschaulicht, dargestellt wird, die auf einer x-Achse den Winkel α_D des Lenkrads multipliziert mit dem Vorzeichen der Gierrate, die als vorzeichenbehafteter Winkel α_D des Lenkrads bezeichnet wird, und auf einer Maßachse den Absolutwert der Gierrate |V_L| des Fahrzeugs umfasst. Die Gierrate V_L entspricht der Geschwindigkeit einer Rotationsbewegung des Fahrzeugs um eine vertikale Achse.
Genauer gesagt weist die erste Verstärkung G₁ in einer ersten Zone 24 einen Wert auf, der im Wesentlichen gleich 1 ist, wenn der vorzeichenbehaftete Winkel α_D des Lenkrads negativ ist, und weist in einer zweiten Zone 25 einen Wert auf, der im Wesentlichen gleich 0 ist, wenn der vorzeichenbehaftete Winkel α_D des Lenkrads positiv ist.
Die erste Verstärkung G₁ veranschaulicht eine Konsistenz zwischen dem Winkel α_D des Lenkrads und der Gierrate V_L.
Die Anwendungsverstärkung G_A umfasst die Multiplikation der dritten Verstärkung G₃, der zweiten Verstärkung G₂ und der ersten Verstärkung G₁. Die Anwendungsverstärkung G_A liegt zwischen 0 und 1.
In einem Multiplikationsschritt 4 wird das der Rückstellfunktion C_R zugeordnete Hilfsmoment mit der Anwendungsverstärkung G_A und der Kompensationsverstärkung Gc multipliziert, um ein gewichtetes Rückstellmoment C_RP zu erhalten.
Folglich moduliert die Kompensationsverstärkung Gc die Anwendung der Rückstellfunktion in Abhängigkeit von der Intensität des auf das Fahrzeug einwirkenden Zerrmoment-Phänomens, und die Anwendungsverstärkung G_A moduliert die Anwendung der Rückstellfunktion in Abhängigkeit von einer dynamischen Situation des Fahrzeugs, d. h. einer Lenk-, Weiterlenk-, Auslenk- und Gegenlenksituation, um die Bedingungen der Bodenhaftung des Fahrzeugs auf der Fahrbahnoberfläche zu berücksichtigen.
Das gewichtete Rückstellmoment CRP ermöglicht eine progressive Anwendung der Lenkrückstellfunktion auf das Lenksystem nur dann, wenn ein Zerrmoment-Phänomen auftritt. Auf diese Weise führt das Verfahren einen kontinuierlichen Übergang zwischen einem Zustand, in dem die Rückstellfunktion vollständig aktiv ist, d. h., wenn die Anwendungsverstärkung G_A und die Kompensationsverstärkung Gc gleich 1 sind, und einem Zustand aus, in dem die Rückstellfunktion inaktiv ist, d. h., wenn die Anwendungsverstärkung G_A und/oder die Kompensationsverstärkung Gc gleich 0 sind/ist. Auf diese Weise spürt ein Fahrer die Aktivierung oder Deaktivierung der Rückstellfunktion nicht.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die in den beigefügten Figuren beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Modifikationen bleiben, insbesondere im Hinblick auf die Beschaffenheit der verschiedenen Elemente oder durch Ersetzen von technischen Äquivalenten, möglich, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010070229 [0012]
WO 2016083702 [0012]

Claims

Verfahren zum Modulieren einer Anwendung einer Assistenzunktion eines Servolenksystems in einem Fahrzeug, wobei das Fahrzeug zumindest zwei Räder, ein Lenkrad, einen Hilfsmotor, der ein Hilfsmoment (C_RP) auf eine Zahnstange ausübt, umfasst, wobei das Verfahren einen Schritt (3) des Evaluierens einer Anwendungsverstärkung (G_A) der Assistenzfunktion, einen Schritt (2) des Schätzens des Hilfsmoments, das der Assistenzfunktion (C_R) zugeordnet ist, und einen Schritt (4) des Multiplizierens des Hilfsmoments, das der Assistenzfunktion (C_R) und der Anwendungsverstärkung (G_A) zugeordnet ist, durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (3) des Evaluierens der Anwendungsverstärkung (G_A) eine erste Phase (31) eines Ermittelns einer ersten Verstärkung (G₁) umfasst, abhängig von - einer Gierrate (V_L), und - einem Winkel ̈(α_D) des Lenkrads, multipliziert mit dem Vorzeichen einer Gierrate (V_L), oder einer theoretischen Gierrate, multipliziert mit dem Vorzeichen der Gierrate (V_L), die aus dem Winkel ̈(α_D) des Lenkrads und einer Fahrzeuggeschwindigkeit (Vv) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Verstärkung (G₁) vom Absolutwert der Gierrate (V_L), oder von einem theoretischen Winkel, der aus der Gierrate (V_L) und einer Fahrzeuggeschwindigkeit (Vv) berechnet wird, oder von einer theoretischen Querbeschleunigung abhängt, die aus der Gierrate (V_L) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (Vv) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Verstärkung (G₁) vom Winkel ̈(α_D) des Lenkrads oder von einer theoretischen Gierrate abhängt, die aus dem Winkel ̈(α_D) des Lenkrads und der Fahrzeuggeschwindigkeit (Vv) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt (3) des Evaluierens der Anwendungsverstärkung (G_A) eine zweite Phase (32) des Ermittelns einer zweiten Verstärkung (G₂) in Abhängigkeit von einer Längsbeschleunigung (A_lon) des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt (3) des Evaluierens der Anwendungsverstärkung (G_A) eine dritte Phase (33) des Ermittelns einer dritten Verstärkung (G₃) in Abhängigkeit von einer Querbeschleunigung (A_lat) des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste Verstärkung (G₁), die zweite Verstärkung (G₂) und die dritte Verstärkung (G₃) zwischen 0 und 1 liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Schritt (3) des Evaluierens der Anwendungsverstärkung (G_A) die Multiplikation der ersten Verstärkung (G₁), der zweiten Verstärkung (G₂) und der dritten Verstärkung (G₃) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Schritt (1) des Berechnens einer Kompensationsverstärkung (Gc), der eine vierte Phase (11) des Ermittelns einer vierten Verstärkung (G₄) in Abhängigkeit von einem Raddrehmoment von zumindest einem der beiden Räder umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt (1) des Berechnens einer Kompensationsverstärkung (Gc) eine fünfte Phase (12) des Ermittelns einer fünften Verstärkung (G5) in Abhängigkeit von einem Winkel ̈(α_D) des Lenkrads und einer Differenz der Drehgeschwindigkeiten (V_R) der zumindest zwei Räder umfasst.
Servolenkvorrichtung für ein Fahrzeug, das zumindest zwei Räder, ein Lenkrad, einen Hilfsmotor, der ein Hilfsdrehmoment (C_RP) auf eine Zahnstange ausübt, einen Antriebsmotor, der ein Raddrehmoment auf die zumindest zwei Räder ausübt, und ein Verfahren zum Modulieren einer Anwendung einer Assistenzfunktion eines Servolenksystems in einem Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt.