DE19947210A1 - Betätigung einer durch ein Hilfsmoment unterstützten Lenkung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem zur Unterstützung einer manuellen Bedienung einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges ein Hilfsmoment auf die Lenkung wirkt. Um dem Kraftfahrzeugführer dennoch einen möglichst realistischen Eindruck von der Beschaffenheit des Untergrundes zu verschaffen, wird das Hilfsmoment in Abhängigkeit von Eingangsgrößen bestimmt, die einen Rückschluss auf die Bodenhaftung erlauben. Weiterhin können die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, der Lenkausschlag bezogen auf die Ruhestellung und weitere betätigungsabhängige Betriebsdaten zur Auswertung herangezogen werden. DOLLAR A Bei einer plötzlichen Änderung der Bodenhaftung wird daher das Hilfsmoment reduziert, um so die Gefahr einer Überreaktion, insbesondere einer zu starken Lenkbewegung, auszuschließen. Der unmittelbare Einfluss der Bodenhaftung auf das Hilfsmoment ermöglicht so eine wesentlich verbesserte Fahrsicherheit unabhängig von der Reaktionsfähigkeit des Kraftfahrzeugführers.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung einer durch ein Hilfs­ moment unterstützten Lenkung eines Kraftfahrzeuges, bei dem Betriebs­ daten, insbesondere der Bodenhaftung des Kraftfahrzeuges, zur Abwendung kritischer Betriebssituationen erfasst werden.

Verfahren der genannten Art werden in der Praxis eingesetzt, um dem Kraft­ fahrzeugführer die Möglichkeit zu geben, auf unterschiedliche äußere Bedin­ gungen entsprechend zu reagieren und so die Bedienung der Lenkung für den Kraftfahrzeugführer komfortabler und sicherer zu machen. Der Kraftfahr­ zeugführer wird hierbei im Rahmen eines Fahrer-Informations-Systems mit relevanten Betriebsdaten versorgt, die er in sein Fahrverhalten einbeziehen kann. Der Kraftfahrzeugführer kann sich so frühzeitig auf nachlassende Lenkmomente einstellen, die beispielsweise durch eine glatte oder vereiste Fahrbahn verursacht werden können, so dass kritische Betriebssituationen im Grenzbereich der Bodenhaftung verhindert werden können.

Aus der DE 43 38 587 C2 ist es bekannt, zur Beurteilung der Bodenhaftung des Kraftfahrzeuges als Betriebsdaten insbesondere die Winkelgeschwindig­ keit der Räder und aus deren Differenz den Schlupf, das Drehmoment, den Lenkwinkel und die Radlast zu erfassen. Die so ermittelte Bodenhaftung kann dann als wesentliche Kennzahl einem Fahrstabilitätssystem oder einem Antiblockiersystem zugeführt werden. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass solche Systeme lediglich unterstützend wirken, um so ein Höchstmaß an Sicherheit im Grenzbereich der Bodenhaftung zu ermöglichen, hingegen die physikalischen Grenzen der Bodenhaftung nicht verändert werden können. So liegt es letztlich in der Hand des Kraftfahrzeugführers, durch vorausschauende Fahrweise und der Geschwindigkeit angepasste Lenkbewegungen kritische Betriebssituationen zu vermeiden, die auch durch die genannten Systeme nicht mehr abgewendet werden können.

Um dem Kraftfahrzeugführer eine Rückmeldung über die Beschaffenheit des Untergrundes zu geben, schlägt die DE 35 16 983 C1 vor, das Lenkmoment zu erfassen und mit einem vorgegebenen Sollwert zu vergleichen. Daraus soll eine gegebenenfalls verminderte Bodenhaftung abgeleitet werden, wobei nach einer Weiterbildung auch der Lenkwinkel als Eingangsgröße berück­ sichtigt werden soll. Beim Erreichen eines vorgegebenen kritischen Wertes soll dann für den Kraftfahrzeugführer ein optisches oder akustisches Warn­ signal ausgelöst werden, so dass der Kraftfahrzeugführer sein Fahrverhalten den Umständen entsprechend anpassen kann. Die hierdurch erreichbare erhöhte Sicherheit hängt ab von der schnellen und fehlerfreien Reaktion des Kraftfahrzeugführers auf das Warnsignal.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass es weitgehend unabhängig von der individuellen Reaktionsfähigkeit des Kraftfahrzeugführers einsetzbar ist. Insbesondere soll dadurch eine Steigerung der Fahrsicherheit auch bei plötzlich nachlassender Bodenhaftung erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem das jeweils aufzubringende Hilfsmoment in Abhängigkeit der auf die Bodenhaftung bezo­ genen Betriebsdaten bestimmt wird. Hierdurch wird es möglich, dem Kraft­ fahrzeugführer entsprechend der jeweiligen Betriebsumstände ein wirksames Hilfsmoment zur Verfügung zu stellen, welches ihm einerseits ein ausrei­ chendes Gefühl für die Beschaffenheit des Untergrundes vermittelt, anderer­ seits Überreaktionen bei plötzlich nachlassender Bodenhaftung durch Redu­ zierung des Hilfsmomentes ausschließt. Die ermittelten Betriebsdaten wirken dabei unmittelbar auf die Charakteristik der Lenkbetätigung, so dass die Wirksamkeit des Verfahrens unabhängig von der individuellen Reaktionsfähigkeit des Kraftfahrzeugführers ist, wobei der durch die Anpassung des Hilfsmomentes erreichbare Eingriff in jedem Fall schneller als eine nach dem Stand der Technik erforderliche Reaktion des Kraftfahrzeugführers erfolgt. Dabei wirkt sich insbesondere die intuitive Erfassung der Betriebsbedingungen aufgrund des veränderten Hilfsmomentes als Rückmeldung der Untergrundbeschaffenheit positiv aus, da hierzu weder ein Lernprozess vorausgehen muss, noch eine Schrecksekunde durch ein plötzlich erscheinendes Warnsignal zu überbrücken ist. Dabei kann das Hilfsmoment gegebenenfalls auch derart bestimmt werden, dass der Kraftfahrzeugführer zu einer defensiven Fahrweise angeregt wird, sofern die äußeren Umstände eine plötzlich nachlassende Bodenhaftung zumindest erwarten lassen.

Die reduzierte Bodenhaftung könnte dabei aufgrund von Trägheitsgrößen ermittelt werden. Besonders sinnvoll ist hingegen eine Weiterbildung der Erfindung, wenn das Hilfsmoment bei reduziertem Reibwert zwischen einem Reifen des Kraftfahrzeuges und dem Boden verringert wird. Hierdurch kann das Hilfsmoment unmittelbar aufgrund der ermittelten Kenngrößen der Bodenbeschaffenheit bestimmt werden. So kann beispielsweise beim Fahren auf einer eisglatten oder schneebedeckten Straße ein anderes Hilfsmoment eingestellt werden, als bei Schotter oder Kies, um so ein verbessertes, wirk­ lichkeitsnahes Lenkgefühl zu vermitteln. Das Hilfsmoment kann dazu gege­ benenfalls temporär ausgeschaltet werden, oder auch Rückwirkungen des Unterbodens auf die Lenkung entgegenwirken. Ferner ist auch eine Taktung des Hilfsmomentes möglich, so dass beispielsweise Fahrzeugvibrationen beim Befahren einer Kopfsteinpflasterung entsprechend für den Kraftfahrzeugführer übertragen oder dementsprechend nachempfunden werden können.

Dabei ist es besonders hilfreich, wenn das Hilfsmoment in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges bestimmt wird. Das Hilfsmo­ ment kann dadurch derart bestimmt werden, dass es einem häufig kritisierten schwammigen Fahrgefühl entgegenwirkt und in der Praxis lediglich dann eingreift, wenn das manuell aufzubringende Lenkmoment zum Zweck einer komfortableren Bedienung begrenzt werden soll. Demnach ist das erforder­ liche Hilfsmoment bei hohen Geschwindigkeiten vergleichsweise gering zu bemessen, während beim Einparken oder Rangieren ein hohes Hilfsmoment den manuellen Kraftaufwand erheblich reduziert.

Eine andere besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann erreicht, wenn das Hilfsmoment in Abhängigkeit von der Größe eines Lenkausschlages bezogen auf die Mittellage der Lenkung bestimmt wird. Hierdurch werden geringe Lenkausschläge von dem Hilfsmo­ ment zunächst nicht unterstützt, so dass die Beschaffenheit des Bodens durch die Lenkung ungefiltert und unverändert auf den Kraftfahrzeugführer übertragen wird. Bei größeren Lenkausschlägen, wie sie beispielsweise beim Rangieren des Kraftfahrzeuges auftreten, wird demgegenüber ein erhöhtes Hilfsmoment zur Verfügung gestellt. Bei solchen größeren Lenkausschlägen ist die Bodenhaftung aufgrund der damit erfahrungsgemäß einhergehenden niedrigen Geschwindigkeit lediglich von untergeordneter Bedeutung.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung des Verfahrens dann, wenn das Hilfsmoment lediglich ab einem vorbestimmten, von einem Kraftfahrzeug­ führer manuell aufgebrachten Lenkmoment zur Unterstützung der Lenkbewe­ gung bereitgestellt wird. Hierdurch wird die zur Durchführung der Lenkbewe­ gung erforderliche Betätigungskraft in jedem Fall zunächst ausschließlich manuell von dem Kraftfahrzeugführer aufgebracht. Das dann eingreifende Hilfsmoment verhindert nach Überschreiten dieses Schwellenwertes eine unkomfortabel hohe Betätigungskraft. Der Fahrbahnkontakt ist hierdurch bei jedem Lenkeingriff unmittelbar gegeben, so dass subjektiv ein hohes Maß der Kontrolle über das Kraftfahrzeug vermittelt wird. Dabei können ferner Rückwirkungen des zum Erzeugen des Hilfsmomentes vorgesehenen Antriebes, beispielsweise durch einen Raststufeneffekt eines elektromotorischen Antriebes, vermieden werden, die insbesondere bei sehr langsamen Lenkbewegungen und einem geringen Lenkwinkel deutlich fühlbar werden.

Besonders günstig ist es auch, wenn das Hilfsmoment in Abhängigkeit von der Lenkgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugführers bestimmt wird. Hierdurch können heftige oder plötzliche Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugführers erfasst und der Momentenverlauf über den Lenkwinkel entsprechend angepasst werden. Beispielsweise kann bei solchen abrupten Lenkbewegungen, deren Ursache in einer unkontrollierten Reflexreaktion des Kraftfahrzeugführers liegen und die im allgemeinen mit einer erhöhten Betätigungskraft ausgeführt werden, mit einem lediglich reduzierten Hilfsmoment unterstützt werden, um so eine die Fahrsicherheit beeinträchtigende Überreaktion auszuschließen. Denkbar ist es auch, zur Begrenzung solcher extremen Winkellagen eine fühlbare "Stufe" in der Drehbewegung durch ein unstetig abfallendes Hilfsmoment zu erzeugen, um so dem Kraftfahrzeugführer einen deutlichen Hinweis auf die Betriebssituation zu geben. Dabei wird eine Unterscheidung zwischen einem erforderlichen, starken Lenkeingriff in einer Notfallsituation und einem die Betriebssicherheit gefährdenden Eingriff durch eine unkontrollierte Überreaktion, insbesondere aufgrund von Vergleichsdaten erreicht.

Hierbei wirkt sich eine Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft aus, bei der das Hilfsmoment zur Vermeidung einer unzulässigen Lenkbetätigung einem von dem Kraftfahrzeugführer aufgebrachten manuellen Lenkmoment entgegen wirkt. Hierdurch kann der jeweilige Lenkausschlag auf ein Maß be­ schränkt werden, welches unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit, der Bodenhaftung und weiterer Einflüsse der Betriebsumstände eine Gefährdung der Insassen des Kraftfahrzeuges ausschließt. Ein mögliches "Überreißen" der Lenkung durch eine unkontrollierte Bewegung des Kraftfahrzeugführers wird dadurch gestoppt, zumindest aber stark gedämpft.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dann gegeben, wenn zuvor erfasste Betriebsdaten gespeichert und bei einem nachfolgenden Betrieb des Kraftfahrzeuges der Bestimmung des Hilfsmomentes zugrunde gelegt werden. Hierdurch kann die Bestimmung des Hilfsmomentes auf Basis älterer, gespeicherter Betriebsdaten und individueller Gewohnheiten des Kraftfahrzeugführers abgestimmt werden. So ist beispielsweise eine sportliche Auslegung des Hilfsmomentes möglich, die eine erhöhte manuelle Betätigungskraft erfordert. Die Grundeinstellung des Hilfsmomentes kann dabei relativ gering ausfallen. Zur Identifikation des jeweiligen Kraftfahrzeugführers können ferner biometrische Messdaten oder auch Daten, die aus der Betätigungscharakteristik weiterer Ausstattungs- oder Bedienelemente gewonnen werden, herangezogen werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Betätigung einer durch ein Hilfsmoment unterstützten Len­ kung eines Kraftfahrzeuges, bei dem Betriebsdaten, insbesondere der Bodenhaftung des Kraftfahrzeuges, zur Abwendung kritischer Betriebssitua­ tionen erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils aufzubrin­ gende Hilfsmoment in Abhängigkeit der auf die Bodenhaftung bezogenen Betriebsdaten bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmo­ ment bei reduziertem Reibwert zwischen einem Reifen des Kraftfahrzeuges und dem Boden verringert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmoment in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahr­ zeuges bestimmt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmoment in Abhängigkeit von der Größe eines Lenkausschlages bezogen auf die Mittellage der Lenkung bestimmt wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmoment lediglich ab einem vorbestimmten, von einem Kraftfahrzeugführer manuell aufgebrachten Lenkmoment zur Unterstützung der Lenkbewegung bereitgestellt wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmoment in Abhängigkeit von der Lenkge­ schwindigkeit des Kraftfahrzeugführers bestimmt wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmoment zur Vermeidung einer unzulässigen Lenkbetätigung einem von dem Kraftfahrzeugführer aufgebrachten manuellen Lenkmoment entgegen wirkt.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zuvor erfaßte Betriebsdaten gespeichert und bei einem nachfolgenden Betrieb des Kraftfahrzeuges der Bestimmung des Hilfsmo­ mentes zugrunde gelegt werden.