WO2005012061A2 - Verfahren zum lenken eines fahrzeugs mit einer überlagerungslenkung - Google Patents

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WO2005012061A2
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Jürgen Böhm
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • B62D5/046—Controlling the motor
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D5/065—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by specially adapted means for varying pressurised fluid supply based on need, e.g. on-demand, variable assist

Definitions

  • the invention relates to a method for steering a vehicle with a superimposed steering system, in which a steering angle entered by the driver and a further angle (additional steering angle) is determined and in which the entered steering angle by means of the additional steering angle in accordance with further variables, in particular driving dynamics variables, by means of an electric motor can be overlaid.
  • the invention also relates to a computer program and a steering system for a vehicle with a steering wheel arranged on a steering column, with a steering gear, a rotation angle sensor arranged on the steering column, a superposition motor acting on the steering column via a superposition gear, an electric steering actuator, a sensor for measuring the Position of the steered wheels and with a steering control unit.
  • the servo support is constructed in such a way that actuators, for example hydraulic cylinders, are arranged in the central region of the steering mechanism. Actuation of the steering mechanism in response to rotation of the steering wheel is assisted by a force generated by the actuators. This is the effort of the Reduce driver's steering.
  • Overlay steering is known. They are characterized in that an additional steering angle (additional steering angle) can be superimposed on the steering angle entered by the driver if necessary. Electric actuators are usually used which act on a superposition gear and set the additional steering angle largely independently of the driver.
  • the additional steering angle is controlled by an electronic controller and is used, for example, to increase the stability and agility of the vehicle.
  • an electronic controller is used, for example, to increase the stability and agility of the vehicle.
  • the steering components of the superimposed steering angle are formed independently of one another.
  • the invention has for its object to provide a method for steering a vehicle with a superimposed steering, which works safely and reliably.
  • Steering angle of the steering system and determined in accordance with a size that is directly dependent on the additional steering angle or describes the additional steering angle.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention consists in the fact that the size, which is directly dependent on the additional steering angle or describes the additional steering angle, characterizes the position or position of an overlay actuator.
  • the size which characterizes the position or position of a superimposition actuator is the angle of an electronic superimposition motor (motor angle ⁇ Mot ).
  • the method has a steering angle control with subordinate current or motor torque control of an electric motor as a superimposition actuator, with a target current or a target value based on a comparison between an actual steering angle value and a target steering angle value -Motor torque is generated by which the electric motor brings the additional steering angle into the steering system.
  • the driver's steering request is formed in accordance with a fixed or variably predefinable transmission ratio factor and the transmission ratio factor in accordance with the current driving situation, in particular a detected vehicle longitudinal speed and / or a steering wheel steering angle, and that a steering angle setpoint is determined on the basis of the driver's steering request and is fed to the steering control.
  • the transmission factor with which the driver's steering angle acts directly on a steering gear is additionally superimposed with an additional steering angle in conjunction with a second gear ratio and that a superimposed steering angle is determined and supplied to the steering control as an actual value.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention consists in that a driving dynamics control (ESP system) interacts with the steering control and that when the need for a stabilizing intervention is recognized by the driving dynamics control, an additional driving dynamics-dependent steering angle is determined and the driver's steering request is additionally superimposed.
  • ESP system driving dynamics control
  • the electric motor is additionally controlled with a field weakening current in accordance with other parameters, in order to increase the motor speed without reducing the available motor torque.
  • the electric motor is preferably additionally controlled with a field weakening current if a very direct steering ratio and / or a high target speed is desired or required. According to a further embodiment of the invention, it is provided that a pilot control of a
  • Setpoint speed of the electric motor is carried out and that the pilot control value is weighted depending on a desired motor speed of the electric motor.
  • a pre-control of a target speed of the electric motor is carried out, which is determined from a motor speed specification and a motor speed target specification, the motor speed target specification based on a comparison of a steering angle target value with a determined actual steering angle value is determined and the engine speed specification is determined from the time derivative of the steering angle setpoint separately according to signal components which result from the driver's steering request and the requested ESP correction angle.
  • a pre-control of a target speed of the electric motor is carried out and the signal components resulting from the driver's steering request and the requested ESP correction angle are weighted separately from one another in accordance with a requirement regarding dynamics and comfort.
  • the object is achieved by a computer program that is suitable for carrying out a method according to one of the preceding claims.
  • a steering system for a vehicle with a steering wheel arranged on a steering column, with a steering gear, one arranged on the steering column Angle of rotation sensor, a superposition motor acting on the steering column via a superposition gear, a sensor for measuring the position of the steered wheels and with a steering control unit, in which steering the steering control unit has means for carrying out the previously described method according to the invention.
  • FIGS. 1 and 7 Exemplary embodiments of the method according to the invention are shown in figures (FIGS. 1 and 7) and described below.
  • FIG. 3 shows a block diagram of the control concept for intervention by a driving dynamics controller
  • FIG. 5 shows a block diagram for determining a gain factor
  • Fig. 6 is a block diagram of the steering controller in detail
  • Fig. 7 is a block diagram for determining a transmission input signal.
  • the basic structure of a superimposed steering (ESAS / Electric Steer Assisted Steering) with a control according to the invention is shown schematically in Fig.l, in which an electromotively driven superimposed gear is arranged between a torsion bar of a steering valve (torsion bar) and a steering gear or a pinion of a rack and pinion steering is.
  • a superposition gear (1) of a superimposed steering (2) is installed in the split steering column (3) of a conventional power steering (4).
  • a motor (5) By means of a motor (5), an additional or reduced steering angle (6) can be generated on the front wheels (7) by the superposition gear (1) (variable steering ratio).
  • the steering angle resulting from the variable steering ratio is set by a controller (8) which controls the electric motor (5).
  • Signals from rotation angle sensors (9, 10) are fed to the controller (8), by means of which the rotation angle ⁇ H (11) of the steering column (3) in front of the torsion bar (13) (torsion bar) of the steering valve (14) and the rotation angle after the superposition gear (1), here the angle of rotation ⁇ R (15) of the pinion (32) of the steering gear (31) can be detected.
  • the steering wheel angle ⁇ H (11) set by the driver via a steering handwheel (29) is preferably recorded using a steering wheel angle sensor (9) used as standard in vehicles with driving dynamics control (ESP systems).
  • ESP systems driving dynamics control
  • the stiffness of the torsion bar (13) (torsion bar) of the steering valve (14) and one applied by the driver there is between the steering wheel angle ⁇ H (11) and an input angle ⁇ f (12) of the superposition gear (1) Steering torque a difference angle.
  • the motor angle ⁇ Mot (34) of the motor (5) is also detected with a third sensor (33).
  • the requirements with regard to accuracy and resolution for the sensors (10, 33) when detecting the rotation angle ⁇ R of the pinion (33) and the motor angle ⁇ Mot (34) are higher than for the steering wheel angle sensor (9).
  • the hydraulic pressure for the conventional power steering (4) is generated by a pump (16), which is connected here to the drive motor (18) of a vehicle via a drive (17).
  • the pump (16) is driven as required by an electronically controlled motor (electric motor).
  • the driver is assisted by a hydraulic cylinder (19) which has two chambers (20, 21) which are separated by a hydraulic piston (22) which is connected to a rack (23) of the steering. Hydraulic lines (24, 25, 26, 27) and a pressure medium reservoir (28) are provided for supply and discharge from the hydraulic chambers (20, 21) for the purpose of pressure regulation.
  • a certain angle of rotation of the pinion (32) of the steering gear (31) results from the superimposition as the sum angle, ie the "pinion angle" ⁇ R (15).
  • FIG. 2 shows an overview of the overall control concept of the steering angle control for the superimposed steering as well as the communication of the steering controller (8) to a superordinate driving dynamics control system (38).
  • the steering controller (8) transmits to the driving dynamics controller (38) the driver's request ⁇ CM D, D RV (42) resulting from the driver's steering angle (11) and a desired steering ratio ⁇ , ESAs (52, see Fig. 3), the one identified and measured as the steering steering angle Pinion angle ⁇ R (15) and information relating to the dynamic reserve DR (or DR_pos or DR_neg) available for ESP steering interventions (43).
  • the vehicle dynamics controller (38) and the steering controller (8) are given the vehicle speed (45, 46), the vehicle dynamics controller the vehicle dynamics parameters (47) and the steering controller a speed of the internal combustion engine N Engine
  • the ESAS steering controller determines the input variables
  • FIG. 3 shows a block diagram of the control concept for intervention by a driving dynamics controller.
  • Driving dynamic steering interventions by the driving dynamics controller (38) are taken into account as additional steering angle ⁇ ESP (39), which intervenes to correct the system.
  • additional steering angle ⁇ ESP 39
  • ⁇ S amplification factor
  • ESAS amplification factor
  • the superimposition can have a positive influence on the driving behavior and vehicle dynamics in accordance with a recognized driving situation, whereby the driving stability and the agility of the vehicle can be increased.
  • driving dynamics Steering interventions implemented to support the driver in his steering work.
  • Fig. 4 shows the control concept of the steering angle control as an overview. It is essential that for
  • the value of the transmission input angle ⁇ ⁇ (53) is determined in accordance with the structurally determined transmission equation for the superimposed steering (54) (cf. Fig. 7).
  • the driver's request can be determined as a partial target value of the steering angle control with a significantly higher resolution, which has a strongly positive effect on the steering feel.
  • Superposition gear is multiplied (55) by the gain factor ⁇ , ESAs (52) resulting from the variable steering ratio (65).
  • the driver's request ⁇ CMDfDRV (42) is available for the steering angle control.
  • the value of the rise limitation can be selected according to control engineering aspects and, if necessary, changed according to the available actuator actuating speeds.
  • the resulting target value ⁇ R / CMD (49) for the steering angle control is obtained by adding the additional steering angle ⁇ E sp, ipo (60) and the steering angle ⁇ CMD , D RV (42) representing the driver's request.
  • a setpoint O iD, before (62) for a speed pre-control of the motor (5) of the steering is determined (61) and also fed to the steering angle controller (63) (62) , which regulates a resulting engine torque M Mot , cmd (64).
  • the dynamic reserve is also calculated (67) based on the engine torque M Mo t (48), the resulting amplification factor ⁇ ⁇ , ⁇ sAs (52) and the angle of rotation ⁇ H (11) of the steering column (3).
  • a positive signal DR_pos (68) or a negative signal DR_neg (69) is generated.
  • FIG. 5 shows the determination of the resulting amplification factor ⁇ ⁇ / E sAs (52) as a component for calculating the steering angle setpoint.
  • a resulting steering ratio i ⁇ , ESAs (52) results from the amplification factors Kl (70) and K2 (71), which are based on of the angle of rotation ⁇ H (11) and the vehicle speed V K f Z (46) can be determined.
  • the amplification factors Kl (70) and K2 (71) are multiplicatively linked to the series steering ratio V, sene.
  • the amplification factors Kl (portion dependent on the steering wheel angle) and K2 (portion dependent on the vehicle speed) can be chosen freely according to driving dynamics or driver specifications.
  • FIG. 6 shows the components of the steering controller (63) considered here.
  • the regulation of the motor torque M Mot or the torque-forming motor current I q and the commutation of the motor (5) (in the case of electronic commutation) is assigned to the motor (5).
  • the control variable of the steering controller (63) is the resulting superimposed steering angle (pinion angle) ⁇ R (15), which is measured directly.
  • the engine speed ⁇ Mot (73) is used as the internal control variable, which can be calculated from the measured motor angle ⁇ Mot (35) by differentiation (74),
  • the steering angle controller shown in FIG. 6 is a cascade controller in its basic structure.
  • the setpoint C ⁇ M D pre-controlled (62) for speed control of the motor (5). So that the steering comfort is not impaired by the pilot control, especially with slow steering movements Weighting of the pilot control value depending on the desired engine speed instead. It is advantageous here if the calculation of the pilot control values shown in FIG. 4
  • a higher engine speed than available may be required.
  • a field weakening of the motor (5) a demand-dependent, brief increase in the engine speed can be achieved without reducing the available engine torque can be achieved.
  • this also entails a brief increase in the total current consumption.
  • the presence of a very direct steering ratio and a high target speed on the part of the driver or the driving dynamics control system can be regarded as a need.
  • the torque control of the electronically commutated motor must then also regulate the field-weakening current value Id.

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Abstract

Ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs mit einem Überlagerungslenkungssystem, bei dem ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel und ein weiterer Winkel (Zusatzlenkwinkel) ermittelt wird und bei dem der eingegebene Lenkwinkel durch den Zusatzlenkwinkel nach Massgabe weiterer Grössen, insbesondere fahrdynamischer Grössen, mittels eines Überlagerungaktuators, insbesondere mittels eines Elektromotors, und über ein Überlagerungsgetriebe überlagert werden kann, zwecks Einstellung eines resultierenden Lenkwinkels, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert für einen Getriebeeingangswinkel (A) (53) des Überlagerungsgetriebes nach Massgabe eines resultierenden Lenkwinkels des Lenksystems und nach Massgabe einer Grösse ermittelt wird, welche von dem Zusatzlenkwinkel direkt abhängig ist oder den Zusatzlenkwinkel beschreibt.

Description

Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs mit einer Über1agerungslenkung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs mit einem Überlagerungslenkungssystem, bei dem ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel und ein weiterer Winkel (Zusatzlenkwinkel) ermittelt wird und bei dem der eingegebene Lenkwinkel durch den Zusatzlenkwinkel nach Maßgabe weiterer Größen, insbesondere fahrdynamischer Größen, mittels eines Elektromotors überlagert werden kann.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm und eine Lenkung für ein Fahrzeug mit einem an einer Lenksäule angeordneten Lenkrad, mit einem Lenkgetriebe, einem an der Lenksäule angeordneten Drehwinkelsensor, einem über ein Überlagerungsgetriebe auf die Lenksäule wirkenden Überlagerungsmotor, einem elektrischen Lenksteller, einem Sensor zur Messung der Stellung der gelenkten Räder und mit einem Lenkungs-Steuergerät.
Heutige Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, sind in der Regel mit hydraulischen oder elektrohydraulischen Servolenkungen ausgestattet, bei denen ein Lenkrad mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt ist. Die Servounterstützung ist derart aufgebaut, dass im Mittelbereich des Lenkmechanismus Aktuatoren, z.B. Hydraulikzylinder, angeordnet sind. Durch eine von den Aktuatoren erzeugte Kraft wird die Betätigung des Lenkmechanismus in Reaktion auf die Drehung des Lenkrads unterstützt. Dadurch ist der Kraftaufwand des Fahrers beim Lenkvorgang verringer .
Überlagerungslenkungen sind bekannt . Sie sind dadurch charakterisiert, dass dem vom Fahrer eingegebenen Lenkwinkel bei Bedarf ein weiterer Lenkwinkel (Zusatzlenkwinkel) durch einen Aktuator überlagert werden kann. Es werden üblicherweise elektrische Aktuatoren verwendet, die auf ein Überlagerungsgetriebe wirken und den Zusatzlenkwinkel weitgehend unabhängig vom Fahrer einstellen.
Der zusätzliche Lenkwinkel wird durch einen elektronischen Regler gesteuert und dient beispielsweise zur Erhöhung der Stabilität und Agilität des Fahrzeugs . Nach einem bekannten Regelungskonzept, wie es in der DE 197 51 125 AI beschrieben wird, werden die Lenkanteile des überlagerten Lenkwinkels unabhängig von einander gebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs mit einer Überlagerungslenkung bereitzustellen, welches sicher und zuverlässig arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Λ Wert für einen Getriebeeingangswinkel δr des
Überlagerungsgetriebes nach Maßgabe eines resultierenden
Lenkwinkels des Lenksystems und nach Maßgabe einer Größe ermittelt wird, welche von dem Zusatzlenkwinkel direkt abhängig ist oder den Zusatzlenkwinkel beschreibt.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein Fahrerwunsch
5CMD,DRV einer Lenkbewegung für die Lenkwinkelregelung durch eine Multiplikation des Wertes für den Λ Getriebeeingangswinkel δτ (53) mit einem aus der einer variablen Lenkübersetzung resultierenden Verstärkungsfaktor δδ,ESAs gebildet wird.
Nach der Erfindung ist der resultierende Lenkwinkel des Lenksystems ein Ritzelwinkel einer Zahnstangenlenkung δR =
OSumme ■
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Größe, welche von dem Zusatzlenkwinkel direkt abhängig ist oder den Zusatzlenkwinkel beschreibt, die Lage oder Stellung eines Überlagerungaktuators charakterisiert .
Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Größe, welche die Lage oder Stellung eines Überlagerungaktuators charakterisiert, der Winkel eines elektronischen Überlagerungsmotors (Motorwinkel δMot) ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verfahren eine Lenkwinkelregelung mit unterlagerter Strom- bzw. Motormomentenregelung eines Elektromotors als Überlagerungsaktuator aufweist, wobei nach Maßgabe eines Vergleichs zwischen einem Lenkwinkel- Istwert und einem Lenkwinkel-Sollwert ein Soll-Strom oder ein Soll-Motormoment erzeugt wird, durch den der Elektromotor den Zusatzlenkwinkel in das Lenkungssystem einbringt .
Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Fahrerlenkwunsch nach Maßgabe eines fest oder variabel vorgebbaren Getriebeübersetzungsfaktor gebildet wird und der Getriebeübersetzungsfaktor entsprechend der gegenwärtigen Fahrsituation, insbesondere einer erfassten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und/oder einem Lenkradeinschlagwinkel gewählt wird, und dass auf Grundlage des Fahrerlenkwunsches ein Lenkwinkel-Sollwert ermittelt wird und der Lenkungsregelung zugeführt wird.
Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Fahrerlenkwunsch in Verbindung mit einem
Übersetzungsfaktor, mit dem der Fahrerlenkwinkel direkt auf ein Lenkgetriebe wirkt, additiv überlagert wird mit einem Zusatz-Lenkwinkel in Verbindung mit einer zweiten Übersetzung und dass ein überlagerter Lenkwinkel ermittelt wird und als Istwert der Lenkungsregelung zugeführt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass eine Fahrdynamikregelung (ESP-System) mit der Lenkungsregelung zusammenwirkt und dass wenn die Notwendigkeit eines stabilisierenden Eingriffs von der Fahrdynamikreglung erkannt wird ein zusätzlicher fahrdynamikabhängiger Lenkwinkel ermittelt wird und dem Fahrerlenkwunsch additiv überlagert wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Elektromotor nach Maßgabe weiterer Größen zusätzlich mit einem Feldschwächstrom angesteuert wird, zwecks Erhöhung der Motordrehzahl ohne Reduktion des verfügbaren Motormoments .
Vorzugsweise wird der Elektromotor zusätzlich mit einem Feldschwächstrom angesteuert, wenn eine sehr direkte Lenkübersetzung und/oder eine große Sollgeschwindigkeit gewünscht oder erforderlich ist. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Vorsteuerung einer
Sollgeschwindigkeit des Elektromotors vorgenommen wird und dass der Vorsteuerwert abhängig von einer gewünschten Motorgeschwindigkeit des Elektromotors gewichtet wird.
Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass eine Vorsteuerung einer Sollgeschwindigkeit des Elektromotors vorgenommen wird, die aus einer Motordrehzahl-Vorgabe und einer Motordrehzahl-Sollvorgabe ermittelt wird, wobei die Motordrehzahl-Sollvorgabe auf Grundlage eines Vergleichs eines Lenkwinkel-Sollwerts mit einem ermittelten Lenkwinkel-Istwerts ermittelt wird und die Motordrehzahl- Vorgabe aus der zeitlichen Ableitung des Lenkwinkel- Sollwerts getrennt nach Signalanteilen, die sich aufgrund des Fahrerlenkwunsches und aufgrund des angeforderten ESP- Korrekturwinkels ergeben, ermittelt wird.
Es ist ebenso nach der Erfindung vorgesehen, dass eine Vorsteuerung einer Sollgeschwindigkeit des Elektromotors vorgenommen wird und nach Maßgabe einer Anforderung bezüglich der Dynamik und dem Komfort die Signalanteile, die sich aufgrund des Fahrerlenkwunsches und aufgrund des angeforderten ESP-Korrekturwinkels ergeben, getrennt voneinander gewichtet werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Computerprogramm gelöst, dass zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche geeignet ist.
Die Aufgabe wird auch durch eine Lenkung für ein Fahrzeug gelöst, mit einem an einer Lenksäule angeordneten Lenkrad, mit einem Lenkgetriebe, einem an der Lenksäule angeordneten Drehwinkelsensor, einem über ein Überlagerungsgetriebe auf die Lenksäule wirkenden Überlagerungsmotor, einem Sensor zur Messung der Stellung der gelenkten Räder und mit einem Lenkungs-Steuergerät, bei welcher Lenkung das Lenkungs- Steuergerät Mittel zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens nach der Erfindung aufweist.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Abbildungen (Fig. 1 und Fig. 7) dargestellt und nachfolgend beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Überlagerungslenkung mit einer Regelung nach der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Gesamtregelungskonzepts der Überlagerungslenkung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Regelungskonzepts für einen Eingriff eines Fahrdynamikreglers,
Fig. 4 ein Blockschaltbild der Lenkwinkelregelung als Gesamtübersichtskonzept,
Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine Ermittlung eines Verstärkungsfaktors,
Fig. 6 ein Blockschaltbild des Lenkungsreglers im einzelnen, und
Fig. 7 ein Blockschaltbild für eine Ermittlung eines Getriebeeingangssignals . Die Grundstruktur einer Überlagerungslenkung (ESAS/Electric Steer Assisted Steering) mit einer Regelung nach der Erfindung ist in Fig.l schematisch dargestellt, bei der ein elektromotorisch angetriebenes Überlagerungsgetriebe zwischen einem Drehstab eines Lenkventils (Torsionsstab) und einem Lenkgetriebe bzw. einem Ritzel einer Zahnstangenlenkung angeordnet ist.
Hierbei wird ein Überlagerungsgetriebe (1) einer Überlagerungslenkung (2) in die geteilte Lenksäule (3) einer konventionellen Servolenkung (4) eingebaut. Mittels eines Motors (5) kann durch das Überlagerungsgetriebe (1) ein zusätzlicher oder reduzierter Lenkwinkel (6) an den Vorderräder (7) erzeugt werden (variable Lenkübersetzung).
Der durch die variable Lenkübersetzung resultierende Lenkwinkel wird durch einen Regler (8) eingestellt, welcher den E-Motor (5) steuert. Dem Regler (8) werden Signale von Drehwinkelsensoren (9,10) zugeführt, mittels denen der Drehwinkel δH (11) der Lenksäule (3) vor dem Drehstab (13) (Torsionsstab) des Lenkventils (14) und der Drehwinkel nach dem Überlagerungsgetriebe (1) , hier der Drehwinkel δR (15) des Ritzels (32) des Lenkgetriebes (31), erfasst werden.
Dabei wird der vom Fahrer über ein Lenkhandrad (29) eingestellte Lenkradwinkel δH (11) vorzugsweise mit einem bei Fahrzeugen mit einer Fahrdynamikregelung (ESP-Systemen) serienmäßig eingesetzten Lenkradwinkelsensor (9) erfasst. Zwischen Lenkradwinkel δH (11) und einem Eingangswinkel δf (12) des Überlagerungsgetriebes (1) besteht je nach Steifigkeit des Drehstabes (13) (Torsionsstabs) des Lenkventils (14) und eines vom Fahrer aufgebrachtem Lenkmoments ein Differenzwinkel.
Neben dem Drehwinkel des Ritzels (32) des Lenkgetriebes (31), dem "Ritzelwinkel" δR (15), wird mit einem dritten Sensor (33) auch der Motorwinkel δMot (34) des Motors (5) erfasst. Die Anforderungen bezüglich Genauigkeit and Auflösung für die Sensoren (10,33) bei der Erfassung des Drehwinkels δR des Ritzels (33) und des Motorwinkels δMot (34) sind höher als beim Lenkradwinkelsensor (9) .
Der hydraulische Druck für die konventionelle Servolenkung (4) wird durch eine Pumpe (16) erzeugt, die hier über einen Antrieb (17) mit dem Antriebsmotor (18) eines Fahrzeugs verbunden ist. Vorteilhaft ist es alternativ vorgesehen, dass die Pumpe (16) durch einen elektronisch gesteuerten Motor (E-Motor) bedarfsgerecht angetrieben wird.
Eine Unterstützung der Fahrerkraft erfolgt über einen hydraulischen Zylinder (19), welcher zwei Kammern (20,21) aufweist, die durch einen hydraulischen Kolben (22) getrennt sind, welcher verbunden ist mit einer Zahnstange (23) der Lenkung. Für eine Zufuhr und eine Abfuhr aus den hydraulischen Kammern (20,21) zwecks Druckregelung sind hydraulische Leitungen (24,25,26,27) und ein Druckmittelvorratsbehälter (28) vorgesehen.
Bei der Überlagerungsfunktion der Lenkung wird dem Fahrerlenkwinkel δH (11) , der über den Drehstab (13) und das Getriebe (1) mit Übersetzungsfaktor δl direkt auf das Lenkgetriebe (31) wirkt, entsprechend der gewünschten Grundlenkfunktion (im wesentlichen Lenkübersetzung) vom Lenkungsregler (8) ein zusätzlicher Lenkwinkel (Motorwinkel δMot) (35) , der über ein Getriebe (36) mit einem zweiten Übersetzungsfaktor δ2 (37) auf das Lenkgetriebe (31) wirkt, überlagert . Aus der Überlagerung resultiert als Summenwinkel ein bestimmter Drehwinkel des Ritzels (32) des Lenkgetriebes (31) , d.h. der "Ritzelwinkel" δR (15) .
Fig. 2 zeigt das hier betrachtete Gesamtregelungskonzept der Lenkwinkelregelung für die Überlagerungslenkung sowie die Kommunikation des Lenkungsreglers (8) zu einem übergeordneten Fahrdynamikregelsystem (38) in einer Übersicht .
Neben einem gewünschten Zusatzlenkwinkel δδEsp (39) von dem Fahrdynamikregelsystem (ESP) (38) wird eine ESP-Anforderung
(ESP-Request-Bit, ESP-Requ) (40) übertragen, das anzeigt, dass eine fahrdynamischer Lenkwinkeleingriff vorliegt. Der Lenkungsregler (8) überträgt dem Fahrdynamikregler (38) den aus Fahrerlenkwinkel (11) und einer Wunschlenkübersetzung δδ,ESAs (52, siehe Fig.3) resultierenden Fahrerwunsch ÖCMD,DRV (42), den als Su menlenkwinkel gekennzeichneten und gemessenen Ritzelwinkel δR (15) sowie eine Information bezüglich der für ESP-Lenkungseingriffe verfügbaren Dynamikreserve DR (bzw. DR_pos oder DR_neg) (43) .
Dem Fahrdynamikregler (38) wird ebenso wie dem Lenkungsregler (8) die Fahrzeuggeschwindigkeit (45,46), dem Fahrdynamikregler die Fahrdynamikgrößen (47) sowie dem Lenkungsregler eine Drehzahl des Verbrennungsmotors NEngine
(44) und ein Motormoment MMot (48) des Überlagerungsmotors
(5) als Eingangsgrößen zugeführt.
Anhand der Drehzahl des Verbrennungsmotors NEngine (44) wird im Fall einer Lenkung vom Typ "open center", bei der kein zusätzliches Lenkmoment in der Geradeausstellung der Räder (7) übertragen wird, entschieden, ob die Lenkunterstützung durch die Servolenkung verfügbar ist. Ist dies nicht der Fall, so bleibt bzw. wird die Überlagerungslenkung deaktiviert and es wirkt nur der direkte Durchgriff des Fahrers auf das Lenkgetriebe (Übersetzungsfaktor δl) .
Aus den Eingangsgrößen ermittelt der ESAS Lenkungsregler
(8) entsprechende Ansteuersignale (66) für den Überlagerungsmotor (5) .
In der Fig. 3 ist ein Blockschaltbild des Regelungskonzepts für einen Eingriff eines Fahrdynamikreglers dargestellt.
Fahrdynamische Lenkeingriffe von dem Fahrdynamikregler (38) werden als Zusatzlenkwinkel δδESP (39), der korrigierend in das System eingreift, berücksichtigt. Dabei wird nach Maßgabe des Fahrerlenkwinkels (11) und einer Wunschlenkübersetzung iEsAs ein Verstärkungsfaktor ÖS,ESAS
(52) ermittelt, woraus sich der Fahrerwunsch 5CMD,DRV (42) ergibt. Dieser wird mit dem aus dem Fahrdynamikregler (38) resultierenden Zusatzlenkwinkel δδESP (39) überlagert. Der daraus resultierende Sollwert für den Lenkwinkel ÖR,CMD (49) wird dem Regelkreis (50) für die Überlagerungslenkung zugeführt. Damit wird der resultierende Lenkwinkels δR = δsumme (15) eingestellt, wobei der resultierende Lenkwinkel
(15) als Eingangsgröße in den Regelkreis (50) zurückgeführt wird.
Durch die Überlagerung kann entsprechend einer erkannten Fahrsituation das Fahrverhalten und die Fahrzeugdynamik positiv beeinflusst werden, wobei die Fahrstabilität einerseits als auch die Agilität des Fahrzeugs erhöht werden kann. Insbesondere werden fahrdynamische Lenkungseingriffe realisiert, um den Fahrer bei seiner Lenktätigkeit zu unterstützen.
Fig. 4 zeigt das Regelungskonzept der Lenkwinkelregelung als Gesamtübersicht. Wesentlich ist dabei, dass zur
Bestimmung des Fahrerwunsches zunächst ein Wert für den Λ Getriebeeingangswinkel δτ (53) der Überlagerungslenkung
Lenkwinkelregelung aufgrund des resultierenden Lenkwinkels δR = δSumme (15) (Ritzelwinkels) und des Motorwinkels δMot
(35) ermittelt wird (vgl. auch Fig. 7) .
Λ Der Wert des Getriebeeingangswinkels δτ (53) wird dabei nach Maßgabe der konstruktiv festgelegten Getriebegleichung für die Überlagerungslenkung (54) ermittelt (vgl. Fig. 7).
Hierdurch kann der Fahrerwunsch als ein Teil-Sollwert der Lenkwinkelregelung mit wesentlich höherer Auflösung bestimmt werden, was sich stark positiv auf das Lenkgefühl auswirkt.
Der in der beschriebenen Form berechnete Λ Lenkwinkel δτ (53) der Eingangsseite des
Überlagerungsgetriebes wird mit dem aus der variablen Lenkübersetzung (65) resultierenden Verstärkungsfaktor δδ,ESAs (52) multipliziert (55). Als Ergebnis liegt der Fahrerwunsch δCMDfDRV (42) für die Lenkwinkelregelung vor.
Somit ist es möglich, die Überlagerungslenkung mit dem üblicherweise serienmäßig eingesetzten Lenkradwinkelsensor (9) (eines ESP-Systems) zu betreiben. Der Wert des aus dem Fahrdynamikregler (38) resultierenden Zusatzlenkwinkels δδEsp (39) wird durch eine Interpolation und Anstiegsbegrenzung (59) in einen resultierenden, korrigierten Zusatzlenkwinkels δδESp,iPo (60) überführt.
Der Wert der Anstiegsbegrenzung kann nach regelungstechnischen Gesichtspunkten gewählt und ggf. entsprechend verfügbarer Aktuatorstellgeschwindigkeiten verändert werden .
Der resultierende Sollwert δR/CMD (49) für die Lenkwinkelregelung ergibt sich durch Addition des Zusatzlenkwinkels δδEsp,ipo (60) und dem, dem Fahrerwunsch repräsentierenden Lenkwinkel ÖCMD,DRV (42) .
Weiterhin wird aufgrund des korrigierten Zusatzlenkwinkels δδEsp,τ.po (60) ein Sollwert O iD,vor (62) für eine Drehzahlvorsteuerung des Motors (5) der Lenkung ermittelt (61) und ebenfalls dem Lenkwinkelregler (63) zugeführt (62), der ein resultierendes Motormoment MMot,cmd (64) einregelt .
Auf Grundlage des Motormoments MMot (48) , des resultierenden Verstärkungsfaktors δδ,κsAs (52) und des Drehwinkels δH (11) der Lenksäule (3) wird auch die Dynamikreserve berechnet (67) . Es wird eine positives Signal DR_pos (68) oder ein negatives Signal DR_neg (69) erzeugt.
Fig. 5 zeigt die Bestimmung des resultierenden Verstärkungsfaktors δδ/EsAs (52) als Komponente zur Berechnung des Lenkwinkelsollwertes. Eine resultierende Lenkübersetzung iδ,ESAs (52) ergibt sich aufgrund der Verstärkungsfaktoren Kl (70) und K2 (71) , die auf Grundlage des Drehwinkels δH (11) und der Fahrzeuggeschwindigkeit VKfZ (46) ermittelt werden. Die Verstärkungsfaktoren Kl (70) und K2 (71) sind multiplikativ mit der Serienlenkübersetzung V,sene verknüpft.
Es gilt:
iδ, ESAS = v / δH = i L, Serie / (K1 *K2 )
Die Verstärkungsfaktoren Kl (lenkradwinkelabhängiger Anteil) and K2 (fahrzeuggeschwindigkeitsabhängiger Anteil) können frei nach fahrdynamischen Gesichtspunkten bzw. nach Fahrervorgaben gewählt werden .
Fig. 6 zeigt die Komponenten des hier betrachteten Lenkungsreglers (63) . Die Regelung des Motormomentes MMot bzw. des momentenbildenden Motorstromes Iq sowie die Kommutierung des Motors (5) (im Falle einer elektronischen Kommutierung) ist dem Motor (5) zugeordnet.
Regelgröße des Lenkungsreglers (63) ist dabei der resultierende, überlagerte Lenkwinkel (Ritzelwinkel) δR (15) , der direkt gemessen wird. Als interne Regelgröße wird die Motordrehzahl δMot (73) benutzt, welche sich aus dem gemessenen Motorwinkel δMot (35) durch Differentiation (74) berechnen lässt,
Der in Fig. 6 gezeigte Lenkwinkelregler ist von seiner Grundstruktur ein Kaskadenregler. Zur Erhöhung der Regelkreisdynamik wird der Sollwert CύMD,vor (62) für eine Drehzahlsteuerung des Motors (5) vorgesteuert. Damit der Lenkkomfort besonders bei langsamen Lenkbewegungen nicht durch die Vorsteuerung beeinträchtigt wird, findet eine Gewichtung des Vorsteuerwertes abhängig von der gewünschten Motorgeschwindigkeit statt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die in Fig. 4 gezeigte Berechnung der Vorsteuerwerte
CθtMD,vor (62) getrennt nach Signalanteilen, die sich aufgrund des Fahrereingriffs (Geschwindigkeitsvorsteuerwert Fahrerlenkwinkel (60) ) und aufgrund des angeforderten ESP- Korrekturwinkels (Geschwindigkeitsvorsteuerwert ESP- Korrekturwinkel (49) ) ergeben, vorgenommen wird. Je nach Anforderungen bezüglich Dynamik and Komfort können diese beiden Anteile dann getrennt voneinander gewichtet werden.
Der durch den Lenkwinkelregler (63) ermittelte Wert wird unter Berücksichtigung (75) der Motordrehzahl δMot (73) und des Vorsteuerwerts CGfcMD,vor (62) einem Drehzahlregler (76) zugeführt, zwecks Signalerzeugung des resultierenden Motormoment MMot,cmd (64).
In der Fig. 7 wird die Ermittlung des Λ Getriebeeingangssignals δτ (53) als Grundlage für die
Bestimmung des Fahrerwunsches ÖCMD,DRV (42) für die Lenkwinkelregelung gezeigt. Nach der Erfindung wird im Fall, wenn kein ESP-Lenkwinkeleingriff vorliegt, nach Maßgabe des resultierenden Lenkwinkels δR = δSumr„e (15) (Ritzelwinkels) und des Motorwinkels δMot (35) dieser Wert aufgrund der konstruktiv vorgegebenen Übersetzungsfaktoren δi und δ2 ermittelt.
In bestimmten Betriebsfallen kann eine größere Motordrehzahl als verfügbar erforderlich werden. In diesem Fall kann durch den Einsatz einer Feldschwächung des Motors (5) eine bedarfsabhängige, kurzzeitige Erhöhung der Motordrehzahl ohne Reduktion des verfügbaren Motormoments erreicht werden. Damit verbunden ist allerdings auch eine kurzzeitige Erhöhung der gesamten Stromaufnahme.
Als Bedarfsfall ist insbesondere das Vorliegen einer sehr direkten Lenkübersetzung sowie eine große Sollgeschwindigkeit seitens des Fahrers oder des Fahrdynamikregelsystems anzusehen .
Anhand des gegenwärtigen Ist-Zustandes der Lenkung, d.h. eine anliegende Motor-Istgeschwindigkeit und ein anliegender Lenkwinkel-Wert, sowie des gewünschten Soll- Zustandes, d.h. eine Motordrehzahl-Vorgabe und ein Lenkwinkel-Sollwerts, und anhand der Verstärkungsfaktoren der Lenkübersetzung wird über den Einsatz der Feldschwächung and die Höhe des Feldschwachstromes entschieden.
Ist keine Feldschwächung des Motors (5) erforderlich, dann ist der resultierende Feldschwächstrom I<j,soiι Null (I ,soiι = OA) .
Neben dam momentenbildenden Strom lq muß dann die Momentenregelung des elektronisch kommutierten Motors zusätzlich den feldschwächenden Stromwert Id einregeln.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs mit einem Überlagerungslenkungssystem, bei dem ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel und ein weiterer Winkel (Zusatzlenkwinkel) ermittelt wird und bei dem der eingegebene Lenkwinkel durch den Zusatzlenkwinkel nach Maßgabe weiterer Größen, insbesondere fahrdynamischer Größen, mittels eines Überlagerungaktuators, insbesondere mittels eines Elektromotors, und über ein Überlagerungsgetriebe überlagert werden kann, zwecks Einstellung eines resultierenden Lenkwinkels, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert für einen Λ Getriebeeingangswinkel δτ (53) des Überlagerungsgetriebes nach Maßgabe eines resultierenden Lenkwinkels des Lenksystems und nach Maßgabe einer Größe ermittelt wird, welche von dem Zusatzlenkwinkel direkt abhängig ist oder den Zusatzlenkwinkel beschreibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrerwunsch ÖC D,DRV einer Lenkbewegung für die Lenkwinkelregelung durch eine Multiplikation des Wertes für den Λ Getriebeeingangswinkel δτ (53) mit einem aus einer variablen Lenkübersetzung resultierenden Verstärkungsfaktor δδ,EsAs gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein resultierender Lenkwinkel des Lenksystems gebildet wird, der ein Ritzelwinkel einer Zahnstangenlenkung δR = δSumnιe (15) ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe, welche von dem Zusatzlenkwinkel direkt abhängig ist oder den Zusatzlenkwinkel beschreibt, die Lage oder Stellung eines Überlagerungaktuators charakterisiert.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe, welche die Lage oder Stellung eines Überlagerungaktuators charakterisiert, der Winkel eines elektronischen Überlagerungsmotors (Motorwinkel δMot (35)) ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Lenkwinkelregelung mit unterlagerter Strom- bzw. Motormomentenregelung eines Elektromotors als Überlagerungsaktuator aufweist, wobei nach Maßgabe eines Vergleichs zwischen einem Lenkwinkel-Istwert und einem Lenkwinkel-Sollwert ein Soll-Strom oder ein Soll-Motormoment erzeugt wird, durch den der Elektromotor den Zusatzlenkwinkel in das Lenkungssystem einbringt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrerlenkwunsch nach Maßgabe eines fest oder variabel vorgebbaren Getriebeübersetzungsfaktor gebildet wird und der Getriebeübersetzungsfaktor entsprechend der gegenwärtigen Fahrsituation, insbesondere einer erfassten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und/oder einem Lenkradeinschlagwinkel gewählt wird, und dass auf Grundlage des Fahrerlenkwunsches ein Lenkwinkel- Sollwert ermittelt wird und der Lenkungsregelung zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrerlenkwunsch in Verbindung mit einem Übersetzungsfaktor, mit dem der Fahrerlenkwinkel direkt auf ein Lenkgetriebe wirkt, additiv überlagert wird mit einem Zusatz-Lenkwinkel in Verbindung mit einer zweiten Übersetzung und dass ein überlagerter Lenkwinkel ermittelt wird und als Istwert der Lenkungsregelung zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrdynamikregelung (ESP-System) mit der Lenkungsregelung zusammenwirkt und dass wenn die Notwendigkeit eines stabilisierenden Eingriffs von der Fahrdynamikreglung erkannt wird ein zusätzlicher fahrdynamikabhängiger Lenkwinkel ermittelt wird und dem Fahrerlenkwunsch additiv überlagert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor nach Maßgabe weiterer Größen zusätzlich mit einem Feldschwächstrom angesteuert wird, zwecks Erhöhung der Motordrehzahl ohne Reduktion des verfügbaren Motormoments .
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor zusätzlich mit einem Feldschwächstrom angesteuert wird, wenn eine sehr direkte Lenkübersetzung und/oder eine große Sollgeschwindigkeit gewünscht oder erforderlich ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine VorSteuerung einer Sollgeschwindigkeit des Elektromotors vorgenommen wird und dass der Vorsteuerwert abhängig von einer gewünschten Motorgeschwindigkeit des Elektromotors gewichtet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorsteuerung einer Sollgeschwindigkeit des Elektromotors vorgenommen wird, die aus einer Motordrehzahl-Vorgabe und einer Motordrehzahl-Sollvorgabe ermittelt wird, wobei die Motordrehzahl-Sollvorgabe auf Grundlage eines Vergleichs eines Lenkwinkel-Sollwerts mit einem ermittelten Lenkwinkel-Istwerts ermittelt wird und die Motordrehzahl-Vorgabe aus der zeitlichen Ableitung des Lenkwinkel-Sollwerts getrennt nach Signalanteilen, die sich aufgrund des Fahrerlenkwunsches und aufgrund des angeforderten ESP-Korrekturwinkels ergeben, ermittelt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorsteuerung einer Sollgeschwindigkeit des Elektromotors vorgenommen wird und nach Maßgabe einer Anforderung bezüglich der Dynamik und dem Komfort die Signalanteile, die sich aufgrund des Fahrerlenkwunsches und aufgrund des angeforderten ESP-Korrekturwinkels ergeben, getrennt voneinander gewichtet werden.
15. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche geeignet ist.
16. Lenkung für ein Fahrzeug mit einem an einer Lenksäule angeordneten Lenkrad, mit einem Lenkgetriebe, einem an der Lenksäule angeordneten Drehwinkelsensor, einem über ein Überlagerungsgetriebe auf die Lenksäule wirkenden Überlagerungsmotor, einem Sensor zur Messung der Stellung der gelenkten Räder und mit einem Lenkungs-Steuergerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkungs-Steuergerät Mittel aufweist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche.
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